리플 팩터 및 전원 공급 장치

리플 팩터 및 전원 공급 장치

전원 공급 장치의 주요 기능은 전자 제품에 전기 에너지를 공급하는 것이지만 전원 공급 중에 필연적으로 리플, 노이즈 등을 도입하여 전자 시스템 및 전체 제품의 안정성과 신뢰성을 저하시킵니다.

전압 리플은 A/D 변환 회로, 연산 증폭기 회로, 정류기 필터 회로 등과 같은 전원 공급 장치의 다양한 회로에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 일반적인 응용 프로그램에는 다음과 같은 위험이 있습니다.

예상치 못한 고조파가 발생하여 과전압 또는 과전류로 인한 사고를 유발합니다. 추가 손실 증가 및 전기 장비의 효율성 및 활용도 감소

장비를 비정상적으로 작동시키고 노화를 가속화하며 서비스 수명을 단축하십시오. 릴레이 보호, 자동 장치, 컴퓨터 시스템 및 기타 장비를 비정상적으로 작동시키거나 정상적으로 작동하지 못하게 합니다.

측정 및 측정 도구를 벗어나게 만드십시오. 통신 시스템을 방해하고 신호 전송 품질을 저하시키며 심지어 통신 장비를 손상시킵니다.

따라서 전자제품을 설계할 때 리플을 정확하게 측정하여 일정한 범위 내에서 리플을 억제하는 것이 필요하다.

1 전원 공급 장치 리플 및 리플 계수

엄밀히 말하면 안정화 전원 공급 장치에는 전원 변압기, 정류기 회로, 필터 회로 및 전압 안정기 회로의 네 부분이 포함됩니다. DC-DC도 안정화된 전원 공급 장치로 간주될 수 있으므로 정류기 회로, 필터 회로 및 안정화된 전압 회로는 안정화된 전원 공급 장치의 필수 세 부분으로 간주됩니다[1].

정류기 회로는 단방향 전도성 장치를 사용하여 교류를 맥동하는 직류로 변환합니다. 맥동하는 직류는 부드럽지 않고 많은 양의 교류를 포함합니다.

필터 회로는 에너지 저장 소자를 사용하여 맥동하는 직류를 상대적으로 평탄한 직류로 변환합니다. 필터 회로의 성능이 다르기 때문에 대부분의 교류 성분을 걸러낼 수 있지만 완전히 걸러낼 수는 없습니다.

정류 및 필터링 후 전압 안정화 회로는 회로의 조정 기능을 사용하여 출력 전압을 안정화하고 AC 구성 요소를 최소로 줄입니다. 안정적인 전압 출력으로 완전히 걸러낼 수 없는 이 AC 성분을 리플 전압이라고 합니다.

DC 조정 전원 공급 장치의 필터 성능을 특성화하기 위해 리플 계수의 개념이 도입되었습니다[2-3]. 리플 계수 ψ를 리플 전압 유효 값 Vr과 DC 출력 전압 Vo의 백분율 값으로 정의합니다.

리플 계수는 DC 전원 공급 장치의 안정적이고 순수한 출력을 평가하는 중요한 지표입니다. 위 공식에 따르면 리플 계수를 찾기 위해서는 리플 전압을 측정해야 함을 알 수 있다.

2 전원 리플 측정

전원 리플을 정확하게 측정하려면 일반적으로 전자 부하(Electronic Load)와 ​​디지털 스토리지 오실로스코프(Digital Storage Oscilloscope, DSO)라는 두 가지 장비가 필요합니다.

전자 부하는 전류 조정이 편리하며 일반적으로 정저항 모드(CR)로 설정됩니다. 디지털 스토리지 오실로스코프는 전체 리플 파형을 직접 캡처하고 저장 및 증폭하며 리플 값을 읽을 수 있습니다. 오실로스코프 판독값을 공식에 ​​대입하여 리플 계수를 구하십시오.

측정 시 다음 두 가지 사항에 주의해야 합니다(이 두 가지 사항은 측정 결과의 정확성에 특히 중요합니다).

(1) 디지털 스토리지 오실로스코프의 프로브 접지선은 플러그를 뽑고 프로브 어셈블리의 접지 스프링 핀으로 교체해야 합니다. 접지 루프가 EMI 노이즈에 결합되는 것을 방지하고 측정 결과를 부정확하게 만들 수 있습니다.

프로브의 접지선이 너무 길고 루프 영역이 너무 커서 수신 안테나를 형성하면 고주파 클러터 또는 EMI 노이즈가 측정된 신호에 결합됩니다.

(2) 디지털 스토리지 오실로스코프 자체가 설정을 조정해야 합니다.

디지털 스토리지 오실로스코프는 전원 공급 장치에서 추가된 클러터를 추가로 필터링하기 위해 양호한 접지가 필요합니다. 디지털 스토리지 오실로스코프의 AC 커플링을 사용하여 DC를 차단하여 리플 테스트를 보다 직관적이고 정확하게 만듭니다.

일반적인 리플 테스트는 주파수가 20MHz 미만으로 제한되어야 하므로 디지털 스토리지 오실로스코프는 고주파 노이즈를 격리하기 위해 20MHz 대역폭 제한을 개방해야 합니다.

전원 리플을 억제하는 3가지 방법

조정 전원 공급 장치의 출력 전압 리플을 억제하기 위해 일반적으로 RLC 필터링 방법, 공통 모드 필터링 방법, 페라이트 자기 링 필터링 방법 및 세 가지 방법의 조합의 네 가지 방법이 채택됩니다.

DC-DC 전원 리플을 억제하기 위한 필터 회로를 실험 검증을 통해 시연한다. 검증 실험에서는 입력 48V, 출력 5V의 100W DC-DC 전원을 선정하였으며 모델은 Meanwell의 SD-100C-5이다.

디지털 저장 오실로스코프는 GWINSTEK의 GDS-1072B를 선택하고 대역폭은 70MHz, 샘플링 속도는 1GSa/s, 각 채널의 저장 깊이는 10M입니다.

전자 부하는 GWINSTEK의 PEL{{0}}, 전압 범위는 1.5V~150V, 전류 범위는 0~35A, 전원은 175W입니다.

이 계산에 따르면 회로의 전류는 20A입니다. 그림 3은 전력 리플 테스트의 연결 블록 다이어그램입니다.

전원 리플 억제 효과를 보다 직관적이고 명확하게 하기 위해 SD-100C-5의 필터 회로를 먼저 단락시키고 출력 전압의 리플을 측정합니다. 전원 공급 장치 리플은 대략 85.6mVpp이고 유효 값은 48.2mVrms임을 알 수 있습니다.