ضریب ریپل و منبع تغذیه

ضریب ریپل و منبع تغذیه

وظیفه اصلی منبع تغذیه تامین انرژی الکتریکی برای محصولات الکترونیکی است، اما در حین تامین برق به ناچار امواج، نویز و غیره را ایجاد می کند که باعث کاهش پایداری و قابلیت اطمینان سیستم الکترونیکی و حتی کل محصول می شود.

ریپل ولتاژ می تواند تا حد زیادی بر مدارهای مختلف منبع تغذیه مانند مدار تبدیل A/D، مدار تقویت کننده عملیاتی، مدار فیلتر یکسو کننده و غیره تاثیر بگذارد. کاربردهای معمول خطرات زیر را دارند:

هارمونیک های غیرمنتظره برای ایجاد حوادث ناشی از اضافه ولتاژ یا جریان اضافه تولید می شوند. افزایش تلفات اضافی و کاهش کارایی و استفاده از تجهیزات الکتریکی.

کارکرد غیرعادی تجهیزات، سرعت بخشیدن به پیری و کاهش عمر مفید؛ حفاظت رله، دستگاه‌های خودکار، سیستم‌های رایانه‌ای و سایر تجهیزات به طور غیرعادی کار کنند یا به طور عادی کار نکنند.

ابزارهای اندازه گیری و اندازه گیری را منحرف کنید. تداخل در سیستم های ارتباطی، کاهش کیفیت انتقال سیگنال و حتی آسیب رساندن به تجهیزات ارتباطی.

بنابراین هنگام طراحی محصولات الکترونیکی باید ریپل را به دقت اندازه گیری کرد و ریپل را در محدوده خاصی مهار کرد.

1 منبع تغذیه ریپل و فاکتور ریپل

به طور دقیق، منبع تغذیه تثبیت شده شامل چهار بخش است: ترانسفورماتور قدرت، مدار یکسو کننده، مدار فیلتر و مدار تثبیت کننده ولتاژ. از آنجایی که DC-DC می تواند به عنوان منبع تغذیه تثبیت شده نیز در نظر گرفته شود، مدار یکسو کننده، مدار فیلتر و مدار ولتاژ تثبیت شده به عنوان سه بخش ضروری منبع تغذیه تثبیت شده در نظر گرفته می شوند [1].

مدار یکسو کننده از دستگاه های رسانای یک جهته برای تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم ضربانی استفاده می کند. جریان مستقیم ضربانی صاف نیست و حاوی مقدار زیادی جریان متناوب است.

مدار فیلتر از عنصر ذخیره انرژی برای تبدیل جریان مستقیم ضربانی به جریان مستقیم نسبتاً مسطح استفاده می کند. به دلیل عملکرد متفاوت مدار فیلتر، اگرچه اکثر اجزای جریان متناوب را می توان فیلتر کرد، اما نمی توان آنها را به طور کامل فیلتر کرد.

مدار تثبیت کننده ولتاژ پس از یکسوسازی و فیلتر کردن، از تابع تنظیم مدار برای تثبیت ولتاژ خروجی و کاهش مولفه AC به حداقل ممکن استفاده می کند. این جزء AC را که نمی توان با خروجی ولتاژ پایدار به طور کامل فیلتر کرد، ولتاژ موج دار نامیده می شود.

به منظور مشخص کردن عملکرد فیلتر منبع تغذیه تنظیم‌شده DC، مفهوم ضریب ریپل [2-3] معرفی شده است. ضریب ریپل ψ را به عنوان مقدار درصد مقدار موثر ولتاژ ریپل Vr و ولتاژ خروجی DC Vo را تعریف کنید، یعنی:

ضریب ریپل یک شاخص مهم برای ارزیابی خروجی پایدار و خالص منبع تغذیه DC است. با توجه به فرمول فوق مشاهده می شود که برای یافتن ضریب ریپل نیاز به اندازه گیری ولتاژ ریپل است.

2 اندازه گیری ریپل منبع تغذیه

اندازه‌گیری دقیق ریپل منبع تغذیه معمولاً به دو ابزار نیاز دارد، یعنی بار الکترونیکی (بار الکترونیکی) و اسیلوسکوپ ذخیره‌سازی دیجیتال (اسیلوسکوپ ذخیره‌سازی دیجیتال، DSO).

بار الکترونیکی برای تنظیم جریان مناسب است و به طور کلی در حالت مقاومت ثابت (CR) تنظیم می شود. اسیلوسکوپ ذخیره‌سازی دیجیتال می‌تواند مستقیماً کل شکل موج ریپل را بگیرد، آن را ذخیره و تقویت کند و مقدار ریپل را بخواند. قرائت اسیلوسکوپ را با فرمول جایگزین کنید تا فاکتور ریپل را بدست آورید.

هنگام اندازه گیری باید به دو نکته زیر توجه کنید (این دو نکته به ویژه برای دقت نتایج اندازه گیری مهم هستند):

(1) سیم زمین پروب اسیلوسکوپ ذخیره سازی دیجیتال باید از برق جدا شده و با پین فنر زمین در مجموعه پروب جایگزین شود. می تواند از اتصال حلقه زمین به نویز EMI جلوگیری کند و نتیجه اندازه گیری را نادرست کند.

سیم زمین پروب بیش از حد طولانی است و ناحیه حلقه بیش از حد بزرگ است، که یک آنتن گیرنده را تشکیل می دهد، درهم و برهمی فرکانس بالا یا نویز EMI در سیگنال اندازه گیری شده جفت می شود.

(2) اسیلوسکوپ ذخیره سازی دیجیتال خود نیاز به تنظیم تنظیمات دارد.

اسیلوسکوپ ذخیره سازی دیجیتال نیاز به یک زمین خوب برای فیلتر بیشتر درهم و برهمی اضافه شده از منبع تغذیه دارد. از کوپلینگ AC اسیلوسکوپ ذخیره سازی دیجیتال برای مسدود کردن DC استفاده کنید و آزمایش ریپل را بصری و دقیق تر می کند.

آزمایش ریپل عمومی نیاز به محدود کردن فرکانس زیر 20 مگاهرتز دارد، بنابراین اسیلوسکوپ ذخیره‌سازی دیجیتال باید حد پهنای باند 20 مگاهرتز را باز کند تا نویز فرکانس بالا را جدا کند.

3 روش برای سرکوب امواج منبع تغذیه

برای سرکوب موج دار شدن ولتاژ خروجی منبع تغذیه تنظیم شده، چهار روش زیر به طور کلی اتخاذ می شود: روش فیلتر RLC، روش فیلتر حالت معمول، روش فیلتر حلقه مغناطیسی فریت و ترکیبی از سه روش.

مدار فیلتر برای سرکوب ریپل منبع تغذیه DC-DC از طریق تأیید تجربی نشان داده شده است. در آزمایش تأیید، یک منبع تغذیه 100 وات DC-DC با ورودی 48 ولت و خروجی 5 ولت انتخاب شده است و مدل SD-100C-5 Meanwell است.

اسیلوسکوپ ذخیره سازی دیجیتال GDS-1072B از GWINSTEK را انتخاب می کند، پهنای باند 70 مگاهرتز، نرخ نمونه برداری 1GSa/s و عمق ذخیره سازی هر کانال 10M است.

بار الکترونیکی PEL{{0}} از GWINSTEK، محدوده ولتاژ 1.5V~150V، محدوده جریان 0~35A، و توان 175W است.

بر اساس این محاسبه، جریان در مدار 20 آمپر است. شکل 3 بلوک دیاگرام اتصال تست ریپل قدرت است.

برای اینکه اثر سرکوب کردن ریپل منبع تغذیه شهودی و آشکارتر شود، ابتدا مدار فیلتر SD-100C-5 اتصال کوتاه می‌یابد و ریپل ولتاژ خروجی آن اندازه‌گیری می‌شود. می توان دریافت که ریپل منبع تغذیه تقریباً 85.6mVpp است و مقدار مؤثر 48.2mVrms است.