تموجات الطاقة التبديلية أمرٌ لا مفر منه. هدفنا النهائي هو تقليل تموجات الخرج إلى مستوى مقبول. والحل الأساسي لتحقيق هذا الهدف هو تجنب توليد التموجات. أولاً وقبل كل شيء، السبب.
عند تشغيل مفتاح التشغيل، يتذبذب تيار المحاثة L صعودًا وهبوطًا عند القيمة الصحيحة لتيار الخرج. وبالتالي، ستظهر تموجات بنفس ترددات المفتاح عند طرف الخرج. تشير تموجات الريبَر عادةً إلى هذا التردد، وهو مرتبط بسعة مكثف الخرج ومعامل المقاومة الكهروستاتيكية (ESR). يتطابق تردد هذه التموجات مع تردد مصدر طاقة التبديل، ويتراوح بين عشرات ومئات الكيلوهرتز.
بالإضافة إلى ذلك، يستخدم المفتاح عادةً ترانزستورات ثنائية القطب أو موسفت (MOSFETs). وبغض النظر عن نوع الترانزستور، سيكون هناك زمن صعود وهبوط عند تشغيله وتوقفه. في هذا الوقت، لن يكون هناك ضوضاء في الدائرة تساوي زمن الصعود والهبوط في المفتاح، أو بضع مرات، وعادةً ما تكون عشرات الميجاهرتز. وبالمثل، يكون الثنائي D في حالة استعادة عكسية. الدائرة المكافئة هي سلسلة من مكثفات المقاومة والمحاثات، والتي ستسبب الرنين، وتردد الضوضاء عشرات الميجاهرتز. يُطلق على هذين الضجيجين عادةً اسم ضوضاء عالية التردد، وعادةً ما تكون سعتها أكبر بكثير من التموج.
في حالة محول التيار المتردد/المستمر، بالإضافة إلى التموجات (الضوضاء) المذكورة أعلاه، يوجد أيضًا ضوضاء تيار متردد. ترددها هو تردد مصدر طاقة التيار المتردد الداخل، حوالي 50-60 هرتز. يوجد أيضًا ضوضاء وضع مشترك، لأن جهاز الطاقة في العديد من مصادر الطاقة التبديلية يستخدم الغلاف كمشع، مما ينتج عنه سعة مكافئة.
قياس تموجات الطاقة التبديلية
المتطلبات الأساسية:
الاقتران مع راسم الذبذبات التيار المتردد
حد النطاق الترددي 20 ميجا هرتز
افصل سلك التأريض للمجس
1. اقتران التيار المتردد هو لإزالة الجهد المستمر المتراكب والحصول على شكل موجة دقيق.
٢. يهدف رفع حد النطاق الترددي ٢٠ ميجاهرتز إلى منع تداخل الضوضاء عالية التردد ومنع حدوث أخطاء. ونظرًا لكبر سعة الترددات العالية، يجب إزالتها عند القياس.
٣. افصل مشبك التأريض عن مسبار راسم الذبذبات، واستخدم قياس التأريض لتقليل التداخل. العديد من الأقسام لا تحتوي على حلقات تأريض. ولكن يجب مراعاة هذا العامل عند تقييم مدى كفاءته.
نقطة أخرى هي استخدام طرف ٥٠ أوم. وفقًا لمعلومات راسم الذبذبات، يُستخدم طرف ٥٠ أوم لإزالة مُكوّن التيار المستمر وقياس مُكوّن التيار المتردد بدقة. مع ذلك، نادرًا ما تُزوّد راسمات الذبذبات بمثل هذه المجسات الخاصة. في معظم الحالات، تُستخدم مجسات تتراوح بين ١٠٠ كيلو أوم و١٠ ميجا أوم، وهو أمر غير واضح حاليًا.
هذه هي الاحتياطات الأساسية عند قياس تموج التبديل. إذا لم يكن مسبار الذبذبات مُعرَّضًا مباشرةً لنقطة الخرج، فيجب قياسه باستخدام أسلاك ملتوية أو كابلات محورية ٥٠ أوم.
عند قياس الضوضاء عالية التردد، يكون النطاق الكامل لمنظار الذبذبات عادةً بمستوى مئات الميجا إلى جيجاهرتز. وتتشابه بعض الأجهزة مع ما سبق. ربما تختلف طرق الاختبار باختلاف الشركات. في النهاية، يجب أن تكون على دراية بنتائج اختبارك.
حول الذبذبات:
بعض أجهزة قياس الذبذبات الرقمية لا تستطيع قياس التموجات بدقة بسبب التداخل وعمق التخزين. في هذه الحالة، يجب استبدال جهاز قياس الذبذبات. أحيانًا، على الرغم من أن عرض نطاق تردد جهاز قياس الذبذبات المُحاكي القديم لا يتجاوز عشرات الميجا، إلا أن أداءه أفضل من جهاز قياس الذبذبات الرقمي.
تثبيط تموجات الطاقة المتغيرة
بالنسبة لتموجات التبديل، فهي موجودة نظريًا وفعليًا. هناك ثلاث طرق لقمعها أو الحد منها:
1. زيادة المحاثة وتصفية مكثف الإخراج
وفقًا لمعادلة مصدر الطاقة التبديلي، يتناسب حجم تذبذب التيار وقيمة محاثة المحاثة عكسيًا، وتتناسب تموجات الخرج ومكثفات الخرج عكسيًا. لذلك، يمكن تقليل التموجات بزيادة سعة المكثفات الكهربائية ومكثفات الخرج.
الصورة أعلاه هي شكل الموجة الحالية في محث مصدر الطاقة التبديلي L. يمكن حساب تيار التموج △ i من الصيغة التالية:
يمكن ملاحظة أن زيادة قيمة L أو زيادة تردد التبديل يمكن أن يقلل من تقلبات التيار في المحاثة.
وبالمثل، فإن العلاقة بين تموجات الخرج ومكثفات الخرج هي: VRIPPLE = IMAX/(CO × F). يتضح أن زيادة قيمة مكثف الخرج يمكن أن تقلل التموج.
الطريقة المعتادة هي استخدام مكثفات إلكتروليتية من الألومنيوم لسعة الخرج لتحقيق سعة كبيرة. مع ذلك، لا تُعدّ المكثفات الإلكتروليتية فعالة جدًا في كبت الضوضاء عالية التردد، ومعامل ESR كبير نسبيًا، لذا يُوصَل مكثف سيراميكي بجانبها لتعويض نقص المكثفات الإلكتروليتية من الألومنيوم.
في الوقت نفسه، أثناء عمل مصدر الطاقة، يظل جهد VIN لطرف الإدخال ثابتًا، لكن التيار يتغير مع تغير المفتاح. في هذه الحالة، لا يوفر مصدر الطاقة المدخل بئر تيار، وعادةً ما يكون بالقرب من طرف إدخال التيار (على سبيل المثال، يكون نوع باك بالقرب من المفتاح)، ويوصل المكثف لتوفير التيار.
بعد تطبيق هذا الإجراء المضاد، يظهر مصدر الطاقة لمفتاح Buck في الشكل أدناه:
يقتصر النهج المذكور أعلاه على تقليل التموجات. نظرًا لحد الحجم، لن تكون المحاثة كبيرة جدًا؛ ويزداد مكثف الخرج بدرجة معينة، دون أن يكون هناك تأثير واضح على تقليل التموجات؛ كما أن زيادة تردد التبديل ستزيد من خسارة التبديل. لذا، عندما تكون المتطلبات صارمة، فإن هذه الطريقة ليست فعالة جدًا.
بالنسبة لمبادئ تحويل إمداد الطاقة، يمكنك الرجوع إلى أنواع مختلفة من أدلة تصميم تحويل الطاقة.
2. التصفية ثنائية المستوى هي إضافة مرشحات LC من المستوى الأول
التأثير المثبط لمرشح LC على تموج الضوضاء واضح نسبيًا. بناءً على تردد التموج المراد إزالته، اختر مكثف المحث المناسب لتكوين دائرة المرشح. عادةً ما يُقلل هذا المكثف من التموجات بشكل جيد. في هذه الحالة، يجب مراعاة نقطة أخذ العينات لجهد التغذية الراجعة. (كما هو موضح أدناه)
يتم اختيار نقطة أخذ العينات قبل مرشح LC (PA)، وينخفض جهد الخرج. ولأن أي محاثة لها مقاومة تيار مستمر، فعند وجود تيار خرج، ينخفض جهد المحاثة، مما يؤدي إلى انخفاض جهد خرج مصدر الطاقة. ويتغير هذا الانخفاض في الجهد مع تيار الخرج.
يتم اختيار نقطة أخذ العينات بعد مرشح LC (PB)، بحيث يكون جهد الخرج هو الجهد المطلوب. ومع ذلك، قد يُدخل محاثة ومكثف داخل نظام الطاقة، مما قد يُسبب عدم استقرار النظام.
3. بعد إخراج مصدر الطاقة التبديلية، قم بتوصيل مرشح LDO
هذه هي الطريقة الأكثر فعالية لتقليل التموجات والضوضاء. جهد الخرج ثابت ولا يحتاج إلى تغيير نظام التغذية الراجعة الأصلي، كما أنها الأكثر فعالية من حيث التكلفة والأعلى استهلاكًا للطاقة.
يحتوي أي مُضخِّم صوت منخفض التردد (LDO) على مؤشر: نسبة كبت الضوضاء. وهو عبارة عن منحنى تردد-قاعدة بيانات، كما هو موضح في الشكل أدناه، وهو منحنى LT3024.
بعد LDO، عادةً ما يكون تموج التبديل أقل من 10 ملي فولت. يوضح الشكل التالي مقارنة بين التموجات قبل وبعد LDO:
بالمقارنة مع منحنى الشكل أعلاه والشكل الموجي على اليسار، يتضح أن التأثير المثبط لـ LDO جيد جدًا لتموجات التبديل التي تبلغ مئات الكيلوهرتز. ولكن في نطاق الترددات العالية، لا يكون تأثير LDO مثاليًا.
تقليل التموجات. يُعد توصيل لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لمصدر طاقة التبديل بالغ الأهمية أيضًا. بالنسبة للضوضاء عالية التردد، ونظرًا لارتفاع ترددها، على الرغم من أن الترشيح بعد المرحلة له تأثير معين، إلا أن هذا التأثير ليس واضحًا. توجد دراسات خاصة في هذا الصدد. تتمثل الطريقة البسيطة في توصيل الثنائي والسعة C أو RC، أو توصيل المحاثة على التوالي.
الشكل أعلاه هو دائرة مكافئة للديود الفعلي. عند تشغيله بسرعة عالية، يجب مراعاة المعاملات الطفيلية. أثناء الاستعادة العكسية للديود، يتحول المحاثة المكافئة والسعة المكافئة إلى مذبذب RC، مما يُولّد تذبذبًا عالي التردد. ولكبح هذا التذبذب عالي التردد، يلزم توصيل السعة C أو شبكة عازلة RC عند طرفي الدايود. تتراوح المقاومة عادةً بين 10Ω و100 ω، وتتراوح السعة بين 4.7PF و2.2NF.
يمكن تحديد سعة الدايود C أو RC باختبارات متكررة. في حال عدم اختيارها بشكل صحيح، ستؤدي إلى تذبذبات أكثر حدة.
وقت النشر: ٨ يوليو ٢٠٢٣
