Hệ số gợn và gợn cung cấp điện
Chức năng chính của bộ nguồn là cung cấp năng lượng điện cho các sản phẩm điện tử, nhưng nó chắc chắn sẽ tạo ra gợn sóng, tiếng ồn, v.v., điều này sẽ làm giảm tính ổn định và độ tin cậy của hệ thống điện tử và thậm chí là toàn bộ sản phẩm.
Độ gợn 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 hoạt động, mạch lọc chỉnh lưu, v.v. Các ứng dụng thông thường có các mối nguy hiểm sau:
Sóng hài bất ngờ được tạo ra để gây ra tai nạn do quá áp hoặc quá dòng; tăng thêm tổn thất và giảm hiệu quả sử dụng của thiết bị điện;
Làm cho thiết bị chạy bất thường, tăng tốc độ lão hóa và rút ngắn tuổi thọ; làm cho rơle bảo vệ, thiết bị tự động, hệ thống máy tính và các thiết bị khác chạy không bình thường hoặc hoạt động không bình thường;
Làm sai lệch dụng cụ đo, lường; gây nhiễu hệ thống thông tin liên lạc, làm giảm chất lượng truyền dẫn tín hiệu, thậm chí làm hỏng thiết bị thông tin liên lạc.
Do đó, khi thiết kế các sản phẩm điện tử, cần phải đo gợn sóng một cách chính xác và triệt tiêu gợn sóng trong một phạm vi nhất định.
1 Hệ số gợn sóng và gợn sóng cung cấp điện
Nói một cách chính xác, bộ nguồn ổn định bao gồm bốn phần: biến áp nguồn, mạch chỉnh lưu, mạch lọc và mạch ổn áp. Do DC-DC cũng có thể được coi là nguồn điện ổn định nên mạch chỉnh lưu, mạch lọc và mạch ổn định điện áp được coi là ba phần cần thiết của nguồn điện ổn định [1].
Mạch chỉnh lưu sử dụng các thiết bị dẫn điện một chiều để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều dao động. Dòng điện xoay chiều không trơn tru và chứa một lượng lớn dòng điện xoay chiều.
Mạch lọc sử dụng phần tử lưu trữ năng lượng để chuyển đổi dòng điện một chiều dao động thành dòng điện một chiều tương đối bằng phẳng. Do hiệu suất khác nhau của mạch lọc, mặc dù hầu hết các thành phần dòng điện xoay chiều có thể được lọc ra, nhưng chúng không thể được lọc hoàn toàn.
Mạch ổn định điện 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 được lọc hoàn toàn này với đầu ra điện áp ổn định được gọi là điện áp gợn.
Để mô tả hiệu suất bộ lọc của nguồn điện được điều chỉnh DC, khái niệm hệ số gợn được giới thiệu [2-3]. Xác định hệ số gợn ψ là giá trị phần trăm của giá trị hiệu dụng điện áp gợn Vr và điện áp đầu ra DC Vo, cụ thể là:
Hệ số gợn là một chỉ số quan trọng để đánh giá đầu ra ổn định và tinh khiết của nguồn điện một chiều. Theo công thức trên, có thể thấy rằng điện áp gợn cần được đo để tìm hệ số gợn.
2 Đo gợn cung cấp điện
Phép đo chính xác độ gợn của nguồn điện thường yêu cầu hai thiết bị, cụ thể là tải điện tử (Electronic Load) và máy hiện sóng lưu trữ kỹ thuật số (Digital Storage Oscilloscope, DSO).
Tải điện tử thuận tiện để điều chỉnh dòng điện và nó thường được đặt ở chế độ điện trở không đổi (CR); máy hiện sóng lưu trữ kỹ thuật số có thể thu trực tiếp toàn bộ dạng sóng gợn sóng, lưu trữ và khuếch đại nó cũng như đọc giá trị gợn sóng. Thay số đọc của máy hiện sóng vào công thức để lấy hệ số gợn.
Khi đo phải chú ý hai điểm sau (hai điểm này đặc biệt quan trọng đối với độ chính xác của kết quả đo):
(1) Phải rút dây nối đất đầu dò của máy hiện sóng lưu trữ kỹ thuật số và thay thế bằng chốt lò xo nối đất trong cụm đầu dò. Nó có thể ngăn khớp nối vòng nối đất thành nhiễu EMI và làm cho 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, nhiễu tần số cao hoặc nhiễu EMI sẽ được ghép vào tín hiệu đo được.
(2) Bản thân máy hiện sóng lưu trữ kỹ thuật số cần điều chỉnh cài đặt.
Máy hiện sóng lưu trữ kỹ thuật số cần phải có một nền tảng tốt để tiếp tục lọc ra sự lộn xộn được thêm vào từ nguồn điện; sử dụng khớp nối AC của máy hiện sóng lưu trữ kỹ thuật số để chặn dòng điện một chiều, giúp kiểm tra độ gợn trực quan và chính xác hơn;
Kiểm tra gợn chung yêu cầu tần số phải được giới hạn dưới 20 MHz, do đó, máy hiện sóng lưu trữ kỹ thuật số sẽ mở giới hạn băng thông 20 MHz để cách ly nhiễu tần số cao.
3 Phương pháp triệt tiêu gợn sóng cung cấp điện
Nhìn chung, có bốn phương pháp để triệt tiêu gợn điện áp đầu ra của nguồn điện được điều chỉnh: phương pháp lọc RLC, phương pháp lọc chế độ chung, phương pháp lọc vòng từ tính ferit và sự kết hợp của ba phương pháp.
Mạch lọc để triệt tiêu gợn nguồn DC-DC được thể hiện thông qua xác minh thực nghiệm. Trong thử nghiệm xác minh, nguồn điện DC-DC 100W với đầu vào 48V và đầu ra 5V được chọn và kiểu máy là SD-100C-5 của Meanwell.
Máy hiện sóng lưu trữ kỹ thuật số chọn GDS-1072B của GWINSTEK, băng thông là 70MHz, tốc độ lấy mẫu là 1GSa/s và độ sâu lưu trữ của mỗi kênh là 10M.
Tải điện tử là PEL{{0}} từ GWINSTEK, dải điện áp là 1,5V~150V, dải dòng điện là 0~35A và công suất là 175W.
Theo cách tính này cường độ dòng điện trong mạch là 20A. Hình 3 là sơ đồ khối kết nối của thử nghiệm độ gợn công suất.
Để làm cho hiệu ứng triệt tiêu gợn sóng của nguồn cung cấp trở nên trực quan và rõ ràng hơn, mạch lọc của SD-100C-5 trước tiên được đoản mạch và đo độ gợn của điện áp đầu ra. Có thể thấy rằng độ gợn của nguồn điện là khoảng 85,6mVpp và giá trị hiệu dụng là 48,2mVrms.
