Hệ số gợn sóng và gợn sóng cung cấp điện
Chức năng chính của bộ nguồn là cung cấp năng lượng điện cho các sản phẩm điện tử, nhưng bộ nguồn chắc chắn sẽ gây ra hiện tượng gợn sóng, nhiễu, v.v., làm giảm tính ổn định và độ tin cậy của hệ thống điện tử và thậm chí của toàn bộ sản phẩm.
Hiện tượng gợn sóng điện áp có thể ảnh hưởng lớn đến các mạch khác nhau của nguồn điện, chẳng hạn như mạch chuyển đổi A/D, mạch khuếch đại thuật toán, mạch lọc chỉnh lưu, v.v. Các ứng dụng phổ biến có những mối nguy hiểm sau:
Tạo ra các sóng hài không mong muốn, gây quá điện áp, quá dòng gây tai nạn; tăng thêm tổn thất và giảm hiệu suất sử dụng các thiết bị điện;
Làm cho thiết bị hoạt động không bình thường, đẩy nhanh quá trình lão hóa, rút ngắn tuổi thọ; làm cho rơ-le bảo vệ, các thiết bị tự động, hệ thống máy tính và các thiết bị khác hoạt động bất thường hoặc không hoạt động bình thường;
Nó có thể gây ra sai lệch trong các dụng cụ đo, đo; gây nhiễu hệ thống thông tin liên lạc, giảm chất lượng truyền tín hiệu, thậm chí làm hỏng thiết bị liên lạc.
Vì vậy, khi thiết kế các sản phẩm điện tử cần đo chính xác độ gợn sóng và triệt tiêu độ gợn sóng trong một phạm vi nhất định.
1 Hệ số gợn sóng và gợn sóng nguồn điện
Nói một cách chính xác, bộ nguồn điều chỉnh bao gồm bốn phần: máy biến áp, mạch chỉnh lưu, mạch lọc và mạch ổn áp. Vì DC-DC cũng có thể được coi là nguồn điện được điều chỉnh nên mạch chỉnh lưu, mạch lọc và mạch ổn định điện áp được coi là ba bộ phận cần thiết của nguồn điện được điều chỉnh [1].
Mạch chỉnh lưu sử dụng các thiết bị dẫn điện một chiều để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều dạng xung. Dòng điện một chiều dao động không đều và chứa một lượng lớn các thành phần dòng điện xoay chiều.
Mạch lọc sử dụng các thành phần lưu trữ năng lượng để chuyển đổi nguồn DC xung thành nguồn DC tương đối phẳng. Do hiệu suất của mạch lọc khác nhau, mặc dù nó có thể lọc hầu hết các thành phần AC nhưng không thể lọc hoàn toàn.
Mạch ổn áp sau khi chỉnh lưu và lọc sử dụng chức năng điều chỉnh của mạch để ổn định điện áp đầu ra và giảm thành phần AC xuống mức tối thiểu. Thành phần AC không thể lọc hoàn toàn cùng với đầu ra điện áp ổn định được gọi là điện áp gợn.
Để mô tả hiệu suất của quá trình lọc nguồn điện được điều chỉnh bằng DC, khái niệm hệ số gợn sóng được đưa ra [2-3]. Hệ số gợn sóng ψ được định nghĩa là giá trị phần trăm của giá trị hiệu dụng của điện áp gợn sóng Vr và điện áp đầu ra DC Vo, nghĩa là:
Hệ số gợn sóng là một chỉ số quan trọng để đánh giá đầu ra ổn định và thuần túy của nguồn điện một chiều. Theo công thức trên, có thể thấy cần phải đo điện áp gợn sóng để tìm ra hệ số gợn sóng.
2 Đo gợn sóng nguồn điện
Việc đo chính xác độ gợn của nguồn điện thường yêu cầu hai thiết bị, đó là tải điện tử (Tải điện tử) và máy hiện sóng lưu trữ kỹ thuật số (DSO).
Tải điện tử tạo điều kiện thuận lợi cho việc điều chỉnh dòng điện và thường được đặt ở chế độ điện trở không đổi (CR); Máy hiện sóng lưu trữ kỹ thuật số có thể ghi trực tiếp toàn bộ dạng sóng gợn sóng, lưu trữ, khuếch đại và đọc giá trị gợn sóng. Thay số đọc của máy hiện sóng vào công thức để có được hệ số gợn sóng.
Khi đo, bạn phải chú ý đến hai điểm sau (hai điểm này đặc biệt quan trọng đối với tính chính xác của kết quả đo):
(1) Phải rút dây nối đất của đầu dò của máy hiện sóng lưu trữ kỹ thuật số và thay vào đó phải sử dụng chốt lò xo nối đất trong cụm đầu dò. Nó có thể ngăn chặn các vòng nối đất kết hợp với nhiễu EMI, khiến kết quả đo không chính xác.
Dây nối đất của đầu dò quá dài và diện tích vòng lặp quá lớn, tạo thành ăng-ten thu và gây ra nhiễu tần số cao hoặc nhiễu EMI kết hợp với tín hiệu đo được.
(2) Bản thân máy hiện sóng lưu trữ kỹ thuật số cần điều chỉnh cài đặt của nó.
Máy hiện sóng lưu trữ kỹ thuật số cần phải được nối đất tốt để lọc thêm tiếng ồn phát sinh từ đầu nguồn điện; sử dụng khớp nối AC của máy hiện sóng lưu trữ kỹ thuật số để chặn DC, giúp việc kiểm tra gợn sóng trở nên trực quan và chính xác hơn;
Kiểm tra gợn sóng chung yêu cầu tần số phải được giới hạn dưới 20 MHz, do đó, máy hiện sóng lưu trữ kỹ thuật số phải mở giới hạn băng thông 20 MHz để cách ly nhiễu tần số cao.
3 phương pháp ngăn chặn gợn sóng cung cấp điện
Để ngăn chặn sự gợn sóng của điện áp đầu ra của nguồn điện được điều chỉnh, bốn phương pháp sau thường được áp dụng: phương pháp lọc RLC, phương pháp lọc chế độ chung, phương pháp lọc vòng từ ferrite và kết hợp cả ba phương pháp.
Mạch lọc triệt tiêu gợn sóng nguồn DC-DC được thể hiện thông qua xác minh thử nghiệm. Trong thử nghiệm xác minh, nguồn điện DC-DC 100W, đầu vào 48V, đầu ra 5V, Model SD-100C-5 của Meanwell đã được chọn.
Máy hiện sóng lưu trữ kỹ thuật số chọn GDS{0}}B của GWINSTEK, với băng thông 70 MHz, tốc độ lấy mẫu là 1GSa/s và độ sâu lưu trữ là 10M trên mỗi kênh.
Tải điện tử là PEL{0}} từ GWINSTEK, với dải điện áp 1,5V~150V, dải dòng điện 0~35A và công suất 175W.
Theo tính toán này, dòng điện trong mạch là 20A. Hình 3 thể hiện sơ đồ khối kết nối của thử nghiệm gợn sóng nguồn điện.
Để làm cho hiệu ứng triệt tiêu gợn sóng của nguồn điện trở nên trực quan và rõ ràng hơn, trước tiên hãy đoản mạch mạch lọc của SD-100C-5 và đo độ gợn của điện áp đầu ra của nó. Từ đó có thể thấy độ gợn của nguồn điện là khoảng 85,6mVpp và giá trị hiệu dụng là 48,2mVrms.
