Faktor riak dan catu daya
Fungsi utama catu daya adalah untuk menyediakan energi listrik untuk produk elektronik, tetapi pasti akan menimbulkan riak, kebisingan, dll. Selama catu daya, yang akan mengurangi stabilitas dan keandalan sistem elektronik dan bahkan seluruh produk.
Riak tegangan dapat sangat memengaruhi berbagai rangkaian catu daya, seperti rangkaian konversi A/D, rangkaian penguat operasional, rangkaian filter penyearah, dll. Aplikasi umum memiliki bahaya berikut:
Harmonik tak terduga dihasilkan untuk menyebabkan kecelakaan yang disebabkan oleh kelebihan tegangan atau arus lebih; menambah kerugian tambahan dan mengurangi efisiensi dan pemanfaatan peralatan listrik;
Membuat peralatan berjalan tidak normal, mempercepat penuaan, dan mempersingkat masa pakai; membuat proteksi relay, perangkat otomatis, sistem komputer dan peralatan lainnya berjalan tidak normal atau gagal beroperasi secara normal;
Membuat alat ukur dan alat ukur menyimpang; mengganggu sistem komunikasi, menurunkan kualitas transmisi sinyal, bahkan merusak peralatan komunikasi.
Oleh karena itu, saat mendesain produk elektronik, perlu mengukur riak secara akurat dan menekan riak dalam kisaran tertentu.
1 Riak catu daya dan faktor riak
Sebenarnya, catu daya yang distabilkan mencakup empat bagian: transformator daya, rangkaian penyearah, rangkaian filter, dan rangkaian penstabil tegangan. Karena DC-DC juga dapat dianggap sebagai catu daya yang distabilkan, rangkaian penyearah, rangkaian filter, dan rangkaian tegangan yang distabilkan dianggap sebagai tiga bagian penting dari catu daya yang distabilkan [1].
Rangkaian penyearah menggunakan perangkat konduktif searah untuk mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah yang berdenyut. Arus searah yang berdenyut tidak lancar dan mengandung arus bolak-balik dalam jumlah besar.
Rangkaian filter menggunakan elemen penyimpan energi untuk mengubah arus searah yang berdenyut menjadi arus searah yang relatif datar. Karena kinerja rangkaian filter yang berbeda, meskipun sebagian besar komponen arus bolak-balik dapat disaring, namun tidak dapat disaring sepenuhnya.
Rangkaian penstabil tegangan setelah perbaikan dan penyaringan menggunakan fungsi penyesuaian rangkaian untuk menstabilkan tegangan keluaran dan mengurangi komponen AC seminimal mungkin. Komponen AC ini yang tidak dapat disaring sepenuhnya dengan output tegangan stabil disebut tegangan riak.
Untuk mengkarakterisasi kinerja filter catu daya yang diatur DC, konsep koefisien riak diperkenalkan [2-3]. Tentukan koefisien riak ψ sebagai nilai persentase dari nilai efektif tegangan riak Vr dan tegangan keluaran DC Vo, yaitu:
Koefisien riak adalah indeks penting untuk mengevaluasi output 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 membutuhkan dua instrumen, yaitu beban elektronik (Electronic Load) dan osiloskop penyimpan digital (Digital Storage Oscilloscope, DSO).
Beban elektronik nyaman untuk menyesuaikan arus, dan umumnya diatur dalam mode resistansi konstan (CR); osiloskop penyimpanan digital dapat langsung menangkap seluruh bentuk gelombang riak, menyimpan dan memperkuatnya, dan membacakan nilai riak. Ganti pembacaan osiloskop ke dalam rumus untuk mendapatkan faktor riak.
Saat mengukur, Anda harus memperhatikan dua poin berikut (kedua poin ini sangat penting untuk keakuratan hasil pengukuran):
(1) Kabel pembumian probe dari osiloskop penyimpanan digital harus dicabut dan diganti dengan pin pegas pembumian dalam rakitan probe. Ini dapat mencegah penggandengan loop tanah menjadi kebisingan EMI dan membuat hasil pengukuran tidak akurat.
Kabel arde probe terlalu panjang dan area loop terlalu besar, membentuk antena penerima, kekacauan frekuensi tinggi atau derau EMI akan digabungkan ke dalam sinyal yang diukur.
(2) Osiloskop penyimpanan digital itu sendiri perlu menyesuaikan pengaturan.
Osiloskop penyimpanan digital harus memiliki landasan yang baik untuk lebih menyaring kekacauan yang ditambahkan dari catu daya; gunakan kopling AC dari osiloskop penyimpanan digital untuk memblokir DC, membuat uji riak lebih intuitif dan akurat;
Tes riak umum memerlukan frekuensi yang dibatasi di bawah 20MHz, sehingga osiloskop penyimpanan digital harus membuka batas bandwidth 20MHz untuk mengisolasi noise frekuensi tinggi.
3 Metode untuk menekan riak catu daya
Untuk menekan riak tegangan output dari catu daya yang diatur, empat metode berikut umumnya diadopsi: metode penyaringan RLC, metode penyaringan mode umum, metode penyaringan cincin magnetik ferit dan kombinasi dari ketiga metode tersebut.
Rangkaian filter untuk menekan riak catu daya DC-DC ditunjukkan melalui verifikasi eksperimental. Dalam percobaan verifikasi, catu daya DC-DC 100W dengan input 48V dan output 5V dipilih, dan modelnya adalah SD-100C-5 dari Meanwell.
Osiloskop penyimpanan digital memilih GDS-1072B dari GWINSTEK, lebar pita 70 MHz, kecepatan pengambilan sampel 1GSa/dtk, dan kedalaman penyimpanan setiap saluran adalah 10 juta.
Beban elektronik adalah PEL{{0}} dari GWINSTEK, rentang voltase 1,5V~150V, rentang arus 0~35A, dan daya 175W.
Menurut perhitungan ini, arus dalam rangkaian adalah 20A. Gambar 3 adalah diagram blok koneksi uji riak daya.
Untuk membuat efek menekan riak catu daya lebih intuitif dan jelas, rangkaian filter SD-100C-5 dihubung pendek terlebih dahulu, dan riak tegangan keluarannya diukur. Dapat diperoleh bahwa riak catu daya kira-kira 85,6mVpp, dan nilai efektifnya adalah 48,2mVrms.
