스위칭 전력 리플은 불가피합니다. 우리의 궁극적인 목적은 출력 리플을 허용 가능한 수준으로 줄이는 것입니다. 이러한 목적을 달성하기 위한 가장 근본적인 해결책은 잔물결이 발생하지 않도록 하는 것입니다. 우선 그리고 원인.
SWITCH 스위치를 사용하면 인덕턴스 L의 전류도 출력 전류의 유효 값에서 위아래로 변동합니다. 따라서 출력단에도 Switch와 동일한 주파수의 리플이 발생하게 됩니다. 일반적으로 리버의 리플은 이를 말하며 이는 출력 커패시터 및 ESR의 용량과 관련이 있습니다. 이 리플의 주파수는 스위칭 전원 공급 장치와 동일하며 범위는 수십에서 수백 kHz입니다.
또한 Switch는 일반적으로 바이폴라 트랜지스터나 MOSFET을 사용합니다. 어느 것이든 켜지고 꺼지면 상승 및 감소 시간이 있습니다. 이때 스위치의 상승감소시간과 같은 증가시간 또는 몇배의 회로에는 노이즈가 발생하지 않으며 일반적으로 수십 MHz이다. 마찬가지로 다이오드 D도 역회복 상태에 있습니다. 등가 회로는 공진을 일으키는 일련의 저항 커패시터와 인덕터이며 잡음 주파수는 수십 MHz입니다. 이 두 가지 잡음을 일반적으로 고주파 잡음이라고 하며 진폭은 일반적으로 리플보다 훨씬 큽니다.
AC/DC 컨버터라면 위의 두 가지 리플(노이즈) 외에 AC 노이즈도 존재합니다. 주파수는 입력 AC 전원 공급 장치의 주파수로 약 50-60Hz입니다. 많은 스위칭 전원 공급 장치의 전원 장치는 쉘을 라디에이터로 사용하여 등가 용량을 생성하므로 코모드 노이즈도 있습니다.
스위칭 전력 리플 측정
기본 요구 사항:
오실로스코프 AC와 결합
20MHz 대역폭 제한
프로브의 접지선을 뽑습니다.
1.AC 커플 링은 중첩 DC 전압을 제거하고 정확한 파형을 얻는 것입니다.
2. 20MHz 대역폭 제한을 개방하는 것은 고주파 잡음의 간섭을 방지하고 오류를 방지하는 것입니다. 고주파 성분의 진폭이 크기 때문에 측정 시 제거해야 합니다.
3. 오실로스코프 프로브의 접지 클립을 분리하고 접지 측정 측정을 사용하여 간섭을 줄입니다. 많은 부서에는 접지 링이 없습니다. 그러나 적격 여부를 판단할 때 이 요소를 고려하십시오.
또 다른 포인트는 50Ω 단자를 사용하는 것입니다. 오실로스코프의 정보에 따르면 50Ω 모듈은 DC 성분을 제거하고 AC 성분을 정확하게 측정하는 것입니다. 그러나 이러한 특수 프로브를 갖춘 오실로스코프는 거의 없습니다. 대부분의 경우 100kΩ에서 10MΩ까지의 프로브를 사용하는데 이는 일시적으로 불분명합니다.
위 내용은 스위칭 리플을 측정할 때의 기본적인 주의사항입니다. 오실로스코프 프로브가 출력 지점에 직접 노출되지 않는 경우 꼬인 선이나 50Ω 동축 케이블을 사용하여 측정해야 합니다.
고주파 노이즈를 측정할 때 오실로스코프의 전체 대역은 일반적으로 수백 메가에서 GHz 수준입니다. 그 외 사항은 위와 동일합니다. 아마도 회사마다 테스트 방법이 다를 수 있습니다. 최종 분석에서는 테스트 결과를 알아야 합니다.
오실로스코프 정보:
일부 디지털 오실로스코프는 간섭 및 저장 깊이로 인해 리플을 정확하게 측정할 수 없습니다. 이때 오실로스코프를 교체해야 합니다. 때로는 기존 시뮬레이션 오실로스코프 대역폭이 수십 메가에 불과하지만 성능이 디지털 오실로스코프보다 더 나은 경우도 있습니다.
스위칭 전원 리플 억제
스위칭 리플의 경우 이론적으로나 실제로 존재합니다. 이를 억제하거나 줄이는 세 가지 방법이 있습니다.
1. 인덕턴스 및 출력 커패시터 필터링을 높입니다.
스위칭 전원 공급 장치의 공식에 따르면 유도 인덕턴스의 전류 변동 크기와 인덕턴스 값은 반비례하고 출력 리플과 출력 커패시터는 반비례합니다. 따라서 전기 및 출력 커패시터를 늘리면 리플을 줄일 수 있습니다.
위 그림은 스위칭 전원 인덕터 L의 전류 파형입니다. 리플 전류 △i는 다음 식으로 계산할 수 있습니다.
L 값을 높이거나 스위칭 주파수를 높이면 인덕턴스의 전류 변동을 줄일 수 있음을 알 수 있습니다.
마찬가지로 출력 리플과 출력 커패시터 간의 관계는 VRIPPLE = IMAX/(CO × F)입니다. 출력 커패시터 값을 높이면 리플을 줄일 수 있음을 알 수 있습니다.
일반적인 방법은 대용량 목적을 달성하기 위해 출력 커패시턴스로 알루미늄 전해 커패시터를 사용하는 것입니다. 하지만 전해 콘덴서는 고주파 노이즈 억제 효과가 그다지 크지 않고, ESR도 비교적 크기 때문에 그 옆에 세라믹 콘덴서를 연결해 부족한 알루미늄 전해 콘덴서를 보완하게 됩니다.
동시에 전원 공급 장치가 작동할 때 입력 단자의 전압 VIN은 변하지 않지만 스위치에 따라 전류가 변합니다. 이때, 입력 전원은 전류를 잘 공급하지 못하는데, 대개 전류 입력 단자 근처(Buck Type을 예로 들면 Switch 근처)에 캐패시턴스를 연결하여 전류를 공급합니다.
이 대책을 적용한 후 Buck 스위치 전원 공급 장치는 아래 그림과 같습니다.
위의 접근 방식은 잔물결을 줄이는 것으로 제한됩니다. 볼륨 제한으로 인해 인덕턴스는 그다지 크지 않습니다. 출력 커패시터가 어느 정도 증가하고 리플을 줄이는 데 뚜렷한 효과가 없습니다. 스위칭 주파수가 증가하면 스위치 손실이 증가합니다. 따라서 요구사항이 엄격한 경우 이 방법은 그다지 좋지 않습니다.
스위칭 전원 공급 장치의 원리는 다양한 유형의 스위칭 전원 설계 매뉴얼을 참조할 수 있습니다.
2. 2레벨 필터링은 1레벨 LC 필터를 추가하는 것입니다.
노이즈 리플에 대한 LC 필터의 억제 효과는 상대적으로 분명합니다. 제거할 리플 주파수에 따라 적절한 인덕터 커패시터를 선택하여 필터 회로를 구성합니다. 일반적으로 잔물결을 잘 줄일 수 있습니다. 이 경우 피드백 전압의 샘플링 포인트를 고려해야 합니다. (아래 그림과 같이)
샘플링 포인트는 LC 필터(PA) 이전에 선택되며 출력 전압은 감소됩니다. 모든 인덕턴스에는 DC 저항이 있기 때문에 전류 출력이 있을 때 인덕턴스의 전압 강하가 발생하여 전원 공급 장치의 출력 전압이 감소합니다. 그리고 이 전압 강하는 출력 전류에 따라 변합니다.
샘플링 포인트는 LC 필터(PB) 이후에 선택되므로 출력 전압은 우리가 원하는 전압이 됩니다. 그러나 전력계통 내부에 인덕턴스와 커패시터가 유입되어 시스템이 불안정해질 수 있다.
3. 스위칭 전원 공급 장치의 출력 후 LDO 필터링을 연결합니다.
이는 잔물결과 노이즈를 줄이는 가장 효과적인 방법입니다. 출력 전압은 일정하며 원래 피드백 시스템을 변경할 필요가 없지만 가장 비용 효율적이고 전력 소비가 가장 높습니다.
모든 LDO에는 잡음 억제 비율이라는 지표가 있습니다. 이는 주파수-DB 곡선인데, 아래 그림과 같이 LT3024의 곡선이 LT3024이다.
LDO 이후 스위칭 리플은 일반적으로 10mV 미만입니다. 다음 그림은 LDO 전후의 리플을 비교한 것입니다.
위 그림의 곡선과 왼쪽의 파형을 비교해 보면 수백 KHz의 스위칭 리플에 대해 LDO의 억제 효과가 매우 좋은 것을 알 수 있습니다. 그러나 고주파수 범위 내에서는 LDO의 효과가 그다지 이상적이지 않습니다.
잔물결을 줄입니다. 스위칭 전원 공급 장치의 PCB 배선도 중요합니다. 고주파 잡음의 경우 고주파의 주파수가 크기 때문에 사후 단계 필터링이 특정 효과를 갖기는 하지만 그 효과는 분명하지 않습니다. 이와 관련하여 특별한 연구가 있습니다. 간단한 접근 방식은 다이오드와 커패시턴스 C 또는 RC에 있거나 인덕턴스를 직렬로 연결하는 것입니다.
위 그림은 실제 다이오드의 등가회로이다. 다이오드가 고속일 경우 기생 매개변수를 고려해야 합니다. 다이오드의 역회복 과정에서 등가 인덕턴스와 등가 커패시턴스가 RC 발진기가 되어 고주파 발진이 발생합니다. 이러한 고주파 발진을 억제하기 위해서는 다이오드 양단에 커패시턴스 C 또는 RC 버퍼 네트워크를 연결해야 합니다. 저항은 일반적으로 10Ω-100 Ω이고 용량은 4.7PF-2.2NF입니다.
다이오드 C 또는 RC의 커패시턴스 C 또는 RC는 반복 테스트를 통해 결정될 수 있습니다. 올바르게 선택하지 않으면 더 심한 진동이 발생합니다.
게시 시간: 2023년 7월 8일
