Riak catu daya dan koefisien riak
Fungsi utama catu daya adalah untuk menyediakan energi listrik untuk produk elektronik, tetapi catu daya pasti akan menimbulkan riak, kebisingan, dll., yang akan mengurangi stabilitas dan keandalan sistem elektronik dan bahkan keseluruhan produk.
Riak tegangan dapat sangat mempengaruhi berbagai rangkaian catu daya, seperti rangkaian konversi A/D, rangkaian penguat operasional, rangkaian filter penyearah, dll. Aplikasi umum memiliki bahaya berikut:
Menghasilkan harmonisa yang tidak dikehendaki sehingga menimbulkan tegangan lebih atau arus lebih yang menyebabkan kecelakaan; meningkatkan kerugian tambahan dan mengurangi efisiensi dan pemanfaatan peralatan listrik;
Menyebabkan peralatan beroperasi secara tidak normal, mempercepat penuaan, dan memperpendek umur; menyebabkan proteksi relai, perangkat otomatis, sistem komputer, dan peralatan lainnya beroperasi secara tidak normal atau gagal beroperasi secara normal;
Hal ini dapat menyebabkan penyimpangan pada instrumen pengukuran dan pengukuran; mengganggu sistem komunikasi, menurunkan kualitas transmisi sinyal, bahkan merusak peralatan komunikasi.
Oleh karena itu, ketika merancang produk elektronik, perlu dilakukan pengukuran riak secara akurat dan menekan riak dalam kisaran tertentu.
1 Riak catu daya dan koefisien riak
Sebenarnya, catu daya yang diatur mencakup empat bagian: transformator daya, rangkaian penyearah, rangkaian filter, dan rangkaian penstabil tegangan. Karena DC-DC juga dapat dianggap sebagai catu daya yang diatur, rangkaian penyearah, rangkaian filter, dan rangkaian penstabil tegangan dianggap sebagai tiga bagian penting dari catu daya yang diatur [1].
Rangkaian penyearah menggunakan perangkat konduktif satu arah untuk mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah yang berdenyut. Arus searah yang berdenyut tidak lancar dan mengandung sejumlah besar komponen arus bolak-balik.
Rangkaian filter menggunakan komponen penyimpan energi untuk mengubah daya DC yang berdenyut menjadi daya DC yang relatif datar. Karena perbedaan kinerja rangkaian filter, meskipun dapat menyaring sebagian besar komponen AC, namun tidak dapat menyaringnya sepenuhnya.
Rangkaian penstabil tegangan setelah penyearah dan penyaringan menggunakan fungsi penyesuaian rangkaian untuk menstabilkan tegangan keluaran dan mengurangi komponen AC ke minimum. Komponen AC yang tidak dapat disaring seluruhnya bersama dengan tegangan keluaran yang stabil disebut tegangan riak.
Untuk mengkarakterisasi kinerja penyaringan catu daya yang diatur DC, konsep koefisien riak diperkenalkan [2-3]. Koefisien riak ψ didefinisikan sebagai nilai persentase nilai efektif tegangan riak Vr dan tegangan keluaran DC Vo, yaitu:
Koefisien riak merupakan indikator penting untuk mengevaluasi keluaran catu daya DC yang stabil dan murni. Berdasarkan rumus di atas terlihat bahwa tegangan riak perlu diukur untuk mencari koefisien riak.
2 Pengukuran riak catu daya
Pengukuran riak catu daya yang akurat umumnya memerlukan dua instrumen, yaitu beban elektronik (Electronic Load) dan osiloskop penyimpanan digital (DSO).
Beban elektronik memfasilitasi penyesuaian arus dan umumnya diatur dalam mode resistansi konstan (CR); osiloskop penyimpanan digital dapat langsung menangkap seluruh bentuk gelombang riak, menyimpan, memperkuat, dan membacakan nilai riak. Gantikan pembacaan osiloskop ke dalam rumus untuk mendapatkan koefisien riak.
Saat mengukur, Anda harus memperhatikan dua hal berikut (kedua hal ini sangat penting untuk keakuratan hasil pengukuran):
(1) Kabel ground probe pada osiloskop penyimpanan digital harus dicabut dan pin pegas ground pada rakitan probe harus digunakan sebagai gantinya. Hal ini dapat mencegah ground loop digabungkan dengan noise EMI, sehingga membuat hasil pengukuran menjadi tidak akurat.
Kabel ground probe terlalu panjang dan area loop terlalu besar, sehingga membentuk antena penerima dan menyebabkan gangguan frekuensi tinggi atau noise EMI berpasangan ke dalam sinyal yang diukur.
(2) Osiloskop penyimpanan digital itu sendiri perlu menyesuaikan pengaturannya.
Osiloskop penyimpanan digital perlu dibumikan dengan baik untuk menyaring lebih lanjut kebisingan yang ditambahkan dari ujung catu daya; gunakan kopling AC dari osiloskop penyimpanan digital untuk memblokir DC, menjadikan uji riak lebih intuitif dan akurat;
Pengujian riak umum memerlukan pembatasan frekuensi di bawah 20MHz, sehingga osiloskop penyimpanan digital harus membuka batas bandwidth 20MHz untuk mengisolasi kebisingan frekuensi tinggi.
3 Cara Menekan Riak Catu Daya
Untuk menekan riak tegangan keluaran catu daya yang diatur, empat metode berikut umumnya diadopsi: metode penyaringan RLC, metode penyaringan mode umum, metode penyaringan cincin magnetik ferit, dan kombinasi ketiga metode tersebut.
Rangkaian filter yang menekan riak catu daya DC-DC ditunjukkan melalui verifikasi eksperimental. Dalam percobaan verifikasi, catu daya DC-DC 100W, masukan 48V, keluaran 5V, Model SD-100C-5 dari Meanwell dipilih.
Osiloskop penyimpanan digital memilih GDS-1072B GWINSTEK, dengan bandwidth 70MHz, laju pengambilan sampel 1GSa/s, dan kedalaman penyimpanan 10M per saluran.
Beban elektroniknya adalah PEL{{0}} dari GWINSTEK, dengan rentang tegangan 1,5V~150V, rentang arus 0~35A, dan daya 175W.
Berdasarkan perhitungan ini, arus pada rangkaian adalah 20A. Gambar 3 menunjukkan diagram blok koneksi uji riak catu daya.
Untuk membuat efek menekan riak catu daya lebih intuitif dan jelas, pertama-tama lakukan hubungan pendek pada rangkaian filter SD-100C-5 dan ukur riak tegangan keluarannya. Dari sini terlihat bahwa riak catu daya kira-kira 85,6mVpp dan nilai efektifnya 48,2mVrms.
