ระลอกของแหล่งจ่ายไฟและปัจจัยการกระเพื่อม
หน้าที่หลักของแหล่งจ่ายไฟคือการให้พลังงานไฟฟ้าสำหรับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ แต่จะทำให้เกิดระลอกคลื่น เสียงรบกวน ฯลฯ อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ในระหว่างแหล่งจ่ายไฟ ซึ่งจะลดความเสถียรและความน่าเชื่อถือของระบบอิเล็กทรอนิกส์และแม้แต่ผลิตภัณฑ์ทั้งหมด
การกระเพื่อมของแรงดันไฟฟ้าสามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อวงจรต่างๆ ของแหล่งจ่ายไฟ เช่น วงจรแปลง A/D, วงจรขยายการทำงาน, วงจรตัวกรองเรียงกระแส ฯลฯ การใช้งานทั่วไปมีอันตรายดังต่อไปนี้:
ฮาร์มอนิกที่ไม่คาดคิดถูกสร้างขึ้นเพื่อก่อให้เกิดอุบัติเหตุที่เกิดจากแรงดันไฟเกินหรือกระแสไฟเกิน เพิ่มการสูญเสียเพิ่มเติมและลดประสิทธิภาพและการใช้อุปกรณ์ไฟฟ้า
ทำให้อุปกรณ์ทำงานผิดปกติ เร่งอายุ และทำให้อายุการใช้งานสั้นลง ทำให้การป้องกันรีเลย์ อุปกรณ์อัตโนมัติ ระบบคอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์อื่น ๆ ทำงานผิดปกติหรือไม่ทำงานตามปกติ
ทำให้เครื่องมือวัดและเครื่องมือวัดคลาดเคลื่อน รบกวนระบบสื่อสาร ลดคุณภาพการส่งสัญญาณ และทำให้อุปกรณ์สื่อสารเสียหาย
ดังนั้น เมื่อออกแบบผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ จึงจำเป็นต้องวัดการกระเพื่อมอย่างแม่นยำและยับยั้งการกระเพื่อมภายในช่วงที่กำหนด
1 การกระเพื่อมของแหล่งจ่ายไฟและปัจจัยการกระเพื่อม
พูดอย่างเคร่งครัด แหล่งจ่ายไฟที่เสถียรประกอบด้วยสี่ส่วน: หม้อแปลงไฟฟ้า วงจรเรียงกระแส วงจรกรอง และวงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้า เนื่องจาก DC-DC สามารถถือเป็นแหล่งจ่ายไฟแบบเสถียรได้เช่นกัน วงจรเรียงกระแส วงจรตัวกรอง และวงจรแรงดันไฟฟ้าแบบเสถียรจึงถือเป็นสามส่วนที่จำเป็นของแหล่งจ่ายไฟแบบเสถียร [1]
วงจรเรียงกระแสใช้อุปกรณ์นำไฟฟ้าทิศทางเดียวเพื่อแปลงกระแสสลับเป็นกระแสตรงแบบพัลซิ่ง กระแสตรงเป็นจังหวะไม่ราบรื่นและมีกระแสสลับจำนวนมาก
วงจรตัวกรองใช้องค์ประกอบการเก็บพลังงานเพื่อแปลงกระแสตรงแบบพัลส์เป็นกระแสตรงที่ค่อนข้างแบน เนื่องจากประสิทธิภาพที่แตกต่างกันของวงจรกรอง แม้ว่าส่วนประกอบกระแสสลับส่วนใหญ่สามารถกรองออกได้ แต่ก็ไม่สามารถกรองออกได้ทั้งหมด
วงจรรักษาแรงดันไฟฟ้าหลังจากแก้ไขและกรองใช้ฟังก์ชันการปรับของวงจรเพื่อทำให้แรงดันเอาต์พุตคงที่และลดส่วนประกอบ AC ให้เหลือน้อยที่สุด ส่วนประกอบ AC ที่ไม่สามารถกรองออกได้อย่างสมบูรณ์ด้วยเอาต์พุตแรงดันคงที่เรียกว่า แรงดันกระเพื่อม
เพื่อระบุคุณลักษณะของประสิทธิภาพตัวกรองของแหล่งจ่ายไฟ DC ที่มีการควบคุม แนวคิดของค่าสัมประสิทธิ์การกระเพื่อมจะถูกนำมาใช้ [2-3] กำหนดค่าสัมประสิทธิ์การกระเพื่อม ψ เป็นค่าเปอร์เซ็นต์ของค่าประสิทธิผลของแรงดันกระเพื่อม Vr และแรงดันเอาต์พุต DC Vo กล่าวคือ:
ค่าสัมประสิทธิ์การกระเพื่อมเป็นดัชนีสำคัญในการประเมินเอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟ DC ที่เสถียรและบริสุทธิ์ จากสูตรข้างต้นจะเห็นได้ว่าจำเป็นต้องวัดแรงดันกระเพื่อมเพื่อหาค่าสัมประสิทธิ์การกระเพื่อม
2 การวัดการกระเพื่อมของแหล่งจ่ายไฟ
การวัดการกระเพื่อมของแหล่งจ่ายไฟอย่างแม่นยำโดยทั่วไปต้องใช้เครื่องมือ 2 ชนิด ได้แก่ โหลดอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Load) และออสซิลโลสโคปเก็บข้อมูลดิจิทัล (Digital Storage Oscilloscope, DSO)
โหลดอิเล็กทรอนิกส์สะดวกในการปรับกระแส และโดยทั่วไปจะตั้งค่าในโหมดความต้านทานคงที่ (CR) ออสซิลโลสโคปที่เก็บข้อมูลดิจิตอลสามารถจับรูปคลื่นกระเพื่อมทั้งหมดได้โดยตรง จัดเก็บและขยาย และอ่านค่าการกระเพื่อมได้ แทนที่การอ่านค่าของออสซิลโลสโคปในสูตรเพื่อรับปัจจัยการกระเพื่อม
เมื่อทำการวัด คุณต้องใส่ใจกับสองจุดต่อไปนี้ (สองจุดนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความแม่นยำของผลการวัด):
(1) ต้องถอดสายกราวด์ของโพรบของออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัลออกและเปลี่ยนด้วยพินสปริงกราวด์ในชุดโพรบ สามารถป้องกันการต่อพ่วงกราวด์เข้ากับสัญญาณรบกวน EMI และทำให้ผลการวัดไม่แม่นยำ
สายกราวด์ของโพรบยาวเกินไปและพื้นที่ลูปใหญ่เกินไป จะกลายเป็นเสาอากาศรับสัญญาณ ความยุ่งเหยิงความถี่สูงหรือสัญญาณรบกวน EMI จะรวมเข้ากับสัญญาณที่วัดได้
(2) ออสซิลโลสโคปเก็บข้อมูลดิจิทัลจำเป็นต้องปรับการตั้งค่าเอง
ออสซิลโลสโคปแบบดิจิตอลจำเป็นต้องมีสายดินที่ดีเพื่อกรองความยุ่งเหยิงที่เพิ่มเข้ามาจากแหล่งจ่ายไฟ ใช้ข้อต่อไฟฟ้ากระแสสลับของออสซิลโลสโคปเก็บข้อมูลแบบดิจิตอลเพื่อปิดกั้นกระแสตรง ทำให้การทดสอบการกระเพื่อมทำได้ง่ายและแม่นยำยิ่งขึ้น
การทดสอบการกระเพื่อมทั่วไปกำหนดให้จำกัดความถี่ให้ต่ำกว่า 20MHz ดังนั้น ออสซิลโลสโคปที่เก็บข้อมูลดิจิตอลควรเปิดขีดจำกัดแบนด์วิธที่ 20MHz เพื่อแยกสัญญาณรบกวนความถี่สูง
3 วิธีในการยับยั้งการกระเพื่อมของแหล่งจ่ายไฟ
โดยทั่วไปมีสี่วิธีในการระงับการกระเพื่อมของแรงดันเอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุม: วิธีการกรอง RLC, วิธีการกรองโหมดทั่วไป, วิธีการกรองวงแหวนแม่เหล็กเฟอร์ไรต์ และการรวมกันของสามวิธี
วงจรตัวกรองสำหรับการยับยั้งการกระเพื่อมของแหล่งจ่ายไฟ DC-DC แสดงให้เห็นผ่านการตรวจสอบเชิงทดลอง ในการทดสอบการตรวจสอบ เลือกแหล่งจ่ายไฟ DC-DC 100W ที่มีอินพุต 48V และเอาต์พุต 5V และรุ่นคือ SD-100C-5 ของ Meanwell
ออสซิลโลสโคปที่เก็บข้อมูลดิจิทัลเลือก GDS-1072B ของ GWINSTEK แบนด์วิดท์คือ 70MHz อัตราการสุ่มตัวอย่างคือ 1GSa/s และความลึกในการเก็บข้อมูลของแต่ละช่องคือ 10M
โหลดอิเล็กทรอนิกส์คือ PEL{{0}} จาก GWINSTEK ช่วงแรงดันไฟฟ้าคือ 1.5V~150V ช่วงกระแสไฟฟ้าคือ 0~35A และกำลังไฟคือ 175W
จากการคำนวณนี้กระแสในวงจรคือ 20A รูปที่ 3 เป็นแผนภาพบล็อกการเชื่อมต่อของการทดสอบการกระเพื่อมของพลังงาน
เพื่อให้ผลการยับยั้งการกระเพื่อมของแหล่งจ่ายไฟเป็นธรรมชาติและชัดเจนยิ่งขึ้น วงจรตัวกรองของ SD-100C-5 จะลัดวงจรก่อน และวัดการกระเพื่อมของแรงดันเอาต์พุต จะได้ว่าระลอกของแหล่งจ่ายไฟมีค่าประมาณ 85.6mVpp และค่าที่มีประสิทธิภาพคือ 48.2mVrms
