ระลอกของแหล่งจ่ายไฟและค่าสัมประสิทธิ์ระลอกคลื่น
หน้าที่หลักของแหล่งจ่ายไฟคือการจ่ายพลังงานไฟฟ้าสำหรับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ แต่แหล่งจ่ายไฟจะทำให้เกิดคลื่น เสียงรบกวน ฯลฯ อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ซึ่งจะลดความเสถียรและความน่าเชื่อถือของระบบอิเล็กทรอนิกส์และแม้แต่ผลิตภัณฑ์ทั้งหมด
การกระเพื่อมของแรงดันไฟฟ้าสามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อวงจรต่างๆ ของแหล่งจ่ายไฟ เช่น วงจรแปลง A/D, วงจรเครื่องขยายเสียงปฏิบัติการ, วงจรกรองวงจรเรียงกระแส ฯลฯ การใช้งานทั่วไปมีอันตรายดังต่อไปนี้:
สร้างฮาร์โมนิคที่ไม่พึงประสงค์ ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเกินหรือกระแสเกินจนทำให้เกิดอุบัติเหตุ เพิ่มการสูญเสียเพิ่มเติมและลดประสิทธิภาพและการใช้ประโยชน์ของอุปกรณ์ไฟฟ้า
ทำให้อุปกรณ์ทำงานผิดปกติ เร่งอายุ และอายุการใช้งานสั้นลง ทำให้ระบบป้องกันรีเลย์ อุปกรณ์อัตโนมัติ ระบบคอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์อื่นทำงานผิดปกติหรือทำงานไม่ปกติ
อาจทำให้เกิดการเบี่ยงเบนในเครื่องมือวัดและวัดแสงได้ รบกวนระบบสื่อสาร ลดคุณภาพการส่งสัญญาณ และทำให้อุปกรณ์สื่อสารเสียหาย
ดังนั้นในการออกแบบผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ จึงจำเป็นต้องวัดการกระเพื่อมอย่างแม่นยำและระงับการกระเพื่อมภายในช่วงที่กำหนด
1 ระลอกของแหล่งจ่ายไฟและค่าสัมประสิทธิ์ระลอกคลื่น
พูดอย่างเคร่งครัด แหล่งจ่ายไฟที่ได้รับการควบคุมประกอบด้วยสี่ส่วน: หม้อแปลงไฟฟ้า, วงจรเรียงกระแส, วงจรตัวกรอง และวงจรรักษาแรงดันไฟฟ้า เนื่องจาก DC-DC ถือได้ว่าเป็นแหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุม วงจรเรียงกระแส วงจรตัวกรอง และวงจรปรับแรงดันไฟฟ้าจึงถือเป็นสามส่วนที่จำเป็นของแหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุม [1]
วงจรเรียงกระแสใช้อุปกรณ์นำไฟฟ้าทางเดียวในการแปลงกระแสสลับเป็นกระแสตรงแบบพัลซิ่ง กระแสตรงแบบเร้าใจไม่ราบรื่นและมีส่วนประกอบกระแสสลับจำนวนมาก
วงจรตัวกรองใช้ส่วนประกอบกักเก็บพลังงานเพื่อแปลงพลังงาน DC แบบพัลซิ่งให้เป็นพลังงาน DC ที่ค่อนข้างแบน เนื่องจากประสิทธิภาพที่แตกต่างกันของวงจรตัวกรอง แม้ว่าจะสามารถกรองส่วนประกอบ AC ส่วนใหญ่ได้ แต่ก็ไม่สามารถกรองออกได้ทั้งหมด
วงจรรักษาแรงดันไฟฟ้าหลังการแก้ไขและการกรองจะใช้ฟังก์ชันการปรับของวงจรเพื่อรักษาเสถียรภาพแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตและลดส่วนประกอบ AC ให้เหลือน้อยที่สุด ส่วนประกอบ AC ที่ไม่สามารถกรองได้อย่างสมบูรณ์พร้อมกับแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตที่เสถียรเรียกว่าแรงดันไฟฟ้าระลอก
เพื่อระบุลักษณะเฉพาะของประสิทธิภาพของตัวกรองแหล่งจ่ายไฟ DC ที่ควบคุม จึงมีการนำแนวคิดเรื่องสัมประสิทธิ์การกระเพื่อม [2-3] มาใช้ ค่าสัมประสิทธิ์การกระเพื่อม ψ ถูกกำหนดให้เป็นค่าเปอร์เซ็นต์ของค่าประสิทธิผลของแรงดันไฟฟ้าระลอก Vr และแรงดันเอาต์พุต DC Vo นั่นคือ:
ค่าสัมประสิทธิ์การกระเพื่อมเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญสำหรับการประเมินเอาต์พุตที่เสถียรและบริสุทธิ์ของแหล่งจ่ายไฟ DC จากสูตรข้างต้น จะเห็นได้ว่าต้องวัดแรงดันริปเปิลเพื่อหาค่าสัมประสิทธิ์ระลอกคลื่น
2 การวัดระลอกของแหล่งจ่ายไฟ
โดยทั่วไปการวัดการกระเพื่อมของแหล่งจ่ายไฟที่แม่นยำต้องใช้เครื่องมือสองตัว ได้แก่ โหลดอิเล็กทรอนิกส์ (โหลดอิเล็กทรอนิกส์) และออสซิลโลสโคปจัดเก็บข้อมูลดิจิทัล (DSO)
โหลดอิเล็กทรอนิกส์เอื้อต่อการปรับกระแสไฟ และโดยทั่วไปจะถูกตั้งค่าในโหมดความต้านทานคงที่ (CR) ออสซิลโลสโคปที่จัดเก็บข้อมูลดิจิทัลสามารถจับรูปคลื่นระลอกทั้งหมดได้โดยตรง จัดเก็บ ขยาย และอ่านค่าระลอกคลื่น แทนค่าออสซิลโลสโคปที่อ่านได้ในสูตรเพื่อให้ได้ค่าสัมประสิทธิ์ระลอกคลื่น
เมื่อทำการวัด คุณต้องใส่ใจกับสองจุดต่อไปนี้ (สองจุดนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความแม่นยำของผลการวัด):
(1) ต้องถอดสายกราวด์ของโพรบของออสซิลโลสโคปที่จัดเก็บข้อมูลดิจิทัลออก และต้องใช้หมุดสปริงกราวด์ในชุดโพรบแทน สามารถป้องกันไม่ให้กราวด์กราวด์เชื่อมต่อกับสัญญาณรบกวน EMI ส่งผลให้ผลการวัดไม่ถูกต้อง
สายกราวด์ของโพรบยาวเกินไปและพื้นที่ลูปใหญ่เกินไป ทำให้เกิดเสาอากาศรับ และทำให้เกิดความยุ่งเหยิงในความถี่สูงหรือสัญญาณรบกวน EMI เชื่อมต่อกับสัญญาณที่วัดได้
(2) ออสซิลโลสโคปที่จัดเก็บข้อมูลดิจิทัลจำเป็นต้องปรับการตั้งค่า
ออสซิลโลสโคปที่จัดเก็บข้อมูลดิจิทัลต้องมีการต่อสายดินอย่างดีเพื่อกรองสัญญาณรบกวนที่เพิ่มจากปลายแหล่งจ่ายไฟออกไป ใช้การเชื่อมต่อ AC ของออสซิลโลสโคปที่จัดเก็บข้อมูลดิจิทัลเพื่อบล็อก DC ทำให้การทดสอบระลอกคลื่นใช้งานง่ายและแม่นยำยิ่งขึ้น
การทดสอบระลอกคลื่นทั่วไปจำเป็นต้องจำกัดความถี่ให้ต่ำกว่า 20MHz ดังนั้นออสซิลโลสโคปที่จัดเก็บข้อมูลดิจิทัลควรเปิดขีดจำกัดแบนด์วิดท์ 20MHz เพื่อแยกสัญญาณรบกวนความถี่สูง
3 วิธีในการระงับการกระเพื่อมของพาวเวอร์ซัพพลาย
เพื่อระงับการกระเพื่อมของแรงดันไฟฟ้าขาออกของแหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุม โดยทั่วไปจะใช้สี่วิธีต่อไปนี้: วิธีการกรอง RLC, วิธีการกรองโหมดทั่วไป, วิธีการกรองแหวนแม่เหล็กเฟอร์ไรต์ และการรวมกันของสามวิธี
วงจรตัวกรองที่ระงับการกระเพื่อมของแหล่งจ่ายไฟ DC-DC แสดงให้เห็นผ่านการตรวจสอบเชิงทดลอง ในการทดลองตรวจสอบ ได้มีการเลือกแหล่งจ่ายไฟ 100W DC-DC, อินพุต 48V, เอาต์พุต 5V, รุ่น SD-100C-5 จาก Meanwell
ออสซิลโลสโคปที่จัดเก็บข้อมูลดิจิทัลเลือก GDS-1072B ของ GWINSTEK ที่มีแบนด์วิดท์ 70MHz อัตราการสุ่มตัวอย่าง 1GSa/s และความลึกในการจัดเก็บข้อมูล 10M ต่อช่องสัญญาณ
โหลดอิเล็กทรอนิกส์คือ PEL{{0}} จาก GWINSTEK โดยมีช่วงแรงดันไฟฟ้า 1.5V~150V ช่วงกระแสไฟ 0~35A และกำลังไฟ 175W
จากการคำนวณนี้ กระแสไฟฟ้าในวงจรคือ 20A รูปที่ 3 แสดงแผนภาพบล็อกการเชื่อมต่อของการทดสอบระลอกคลื่นของแหล่งจ่ายไฟ
เพื่อให้ผลของการระงับการกระเพื่อมของแหล่งจ่ายไฟทำได้ง่ายและชัดเจนยิ่งขึ้น ขั้นแรกให้ลัดวงจรวงจรตัวกรองของ SD-100C-5 แล้ววัดการกระเพื่อมของแรงดันเอาต์พุต จากนี้จะเห็นได้ว่าระลอกของแหล่งจ่ายไฟอยู่ที่ประมาณ 85.6mVpp และค่าประสิทธิผลคือ 48.2mVrms
