Mikä on ohimenevä vaste?

Ihanteellisen tehonmuuntimen on säilytettävä vakaa lähtöjännite riippumatta siitä, miten kuormitus muuttuu. Kuitenkin sovelluksissa lähtökuormitusaste vaikuttaa lähtöjännitteeseen. Esimerkiksi eri kuormilla mitattu lähtöjännitteen muutoksen määrä vakaassa tilassa on kuorman säätö. Kun kuormitus muuttuu ohimenevässä tilassa, on huomioitava lähtöjännitteen yli-, ali- ja palautumisaika. Nämä kolme indikaattoria ovat kaikki riippuvaisia ​​muuntimen kompensointijärjestelmästä. Tämä artikkeli esittelee transienttivasteen esiintymisprosessin ja transienttivasteeseen vaikuttavat tekijät ja tarkkailee lähtöjännitteen muutoksia eri olosuhteissa todellisen aaltomuotomittauksen avulla ja tarjoaa parannusehdotuksia.

1. Ohimenevä vaste

Kun kuorma muuttuu välittömästi, lähtöjännite saa aikaan reaktion. Toisin sanoen prosessi, jossa palautetaan asetettuun arvoon lähtöjännitteen nousun tai laskun jälkeen, jota kutsutaan transienttivasteeksi.

Seuraavassa on tehomuunninta, jota käytetään analysoimaan, kuinka transienttivaste tapahtuu. Kuva 1 on tehonmuuntimen kaaviomainen piirikaavio. Ja kuva 2 esittää prosessin, jossa kuormitusvirran ollessa kevyestä raskaaseen lähtöjännite ja induktorivirta reagoivat samanaikaisesti. Nykyisten muutosten mukaan kapasitanssia ei voida pitää ihanteellisena kondensaattorina, joten loiselementit on otettava huomioon, mukaan lukien ekvivalenttisarjavastus (ESR) ja vastaava sarjainduktanssi (ESL).

Kun kuormitusaskel ja lähtövirta kasvavat välittömästi, muunnin ei voi reagoida antamaan tarpeeksi virtaa välittömästi. Joten lähtökondensaattori purkautuu korvatakseen lähtövirran puutteen, ja lähtökondensaattorin ESR ja ESL saavat jännitteen lähtökondensaattorin yli laskemaan. ESR aiheuttaa jännitehäviön ja korreloi positiivisesti kuormituksen muutosasteen kanssa. ESL vähentää jännitettä lähtökondensaattorin molemmilla puolilla ja tuottaa piikkejä. Induktanssin ominaisuuksien mukaan ESL:n synnyttämät piikit liittyvät kuorman transienttiaikaan. Jos mitä nopeammin kuorma nousee, sitä suurempia jännitepiikkejä syntyy.

Kun virhevahvistin havaitsee jännitehäviön, takaisinkytkentäjärjestelmä lisää kompensaattorin jännitettä ja lisää kytkimen Q1 käynnistysaikaa. Joten induktorin virta nousee vastaamaan lisääntynyttä kuormitusvirtaa ja kondensaattori alkaa latautua. Lähtöjännitteellä on taipumus olla vakaa.

Transienttivastetestillä voidaan ymmärtää muuntimen lähtöjännitteen stabiilius. Tehomuuntimen spesifikaatioissa on yleensä määritelty transienttivasteaika ja lähtöjännitteen toleranssi. Mittauksen aikana tulee huomioida, että kuorman transienttiajan tulee olla paljon lyhyempi kuin transientin palautumisaika ja kuorman transientin ajanjakson on oltava suurempi kuin muuntimen palautumisaika, muuten stabiilisuusongelmaa ei voida näyttää aaltomuodossa.

Seuraava kuva esittää tyypillistä transienttivasteen aaltomuotoa. Tässä tapauksessa lähtö on 12 VDC, kuorma on 75 % - 100 % - 75 %, jännitteen maksimimuutos on 100 mV, mikä vastaa 0.8 % lähtöjännitteestä, ja palautumisaika on 250 ms. Jännitteen transienttipalautusprosessi on tasainen käyrä, joka osoittaa vakaat piirin ominaisuudet.

2. Tekijät vaikuttavat ohimenevään vasteeseen

Yleisessä ohjausjärjestelmässä useat tekijät vaikuttavat transienttivasteen suorituskykyyn. Ensinnäkin koko silmukassa käytetyillä komponenteilla, kuten optisella kytkennällä, diodilla ja muuntajilla, on viive. Se tarkoittaa, että kun kuorma muuttuu, muuntaja alkaa reagoida minimiviiveen jälkeen. Tämä vähimmäisviiveaika ei edusta transienttivasteaikaa, vaan vain pientä osaa siitä.

Tärkeimmät tekijät, jotka vaikuttavat transienttivasteeseen, kuten sisäisen virhevahvistimen kompensointitaso. Virhevahvistinta käytetään PWM:n (Pulse Width Modulation) säätämiseen, ja PWM moduloi transistorin päälläoloaikaa reagoimaan lähtöjännitteen muutokseen. Ja ohjaussilmukan kaistanleveys vaikuttaa säätönopeuteen. Kun kaistanleveys on suurempi, kuormitustransientti voi mukautua nopeammin.

Kaksi tekijää vaikuttaa ohimenevään vasteeseen ulkoisissa olosuhteissa. Yksi on lähtökapasitanssi. Jos kapasitanssi on suuri, lähtöjännitteen ali- tai ylitys voi pienentyä, mutta palautumisaika pitenee. Toinen on kuormitusvirran muutoksen suuruus ja muutosnopeus. Kun kuormitusvirta nousee tai laskee hitaasti, lähtöjännitteen huippuarvo on pieni. Lisäksi, kun kuormitusaskeleen suuruus kasvaa, lähtöjännite nousee tai laskee jyrkästi.

3. Aaltomuoto

• Erilainen kapasitanssi

Kun kuormitusaskel on kiinteä (50 % - 100 % kuorma), ainoa muutos on lähtökondensaattorin kapasitanssiarvo. Se voi tietää seuraavista kolmesta aaltomuodosta, että mitä suurempi kapasitanssi on, sitä pienempi on lähtöjännitteen vaihtelu, mutta palautumisaika pitenee.

• Erisuuruinen kuormitusaskel

Kun lähtökapasitanssi on kiinteä (100uF), ainoa ero on kuormitusaskeleen muutoksen suuruus. Kun kuormitusaskel on 25 % kuormaa (75 % - 100 %), lähtöjännitteen aliarvo on 50 mV ja palautumisaika on 200 us. Sitten kuviot 8 ja 9 osoittavat, että kuormitusaskel kasvaa 50%:iin ja 75%:iin, mikä tekee alijännitteestä suuremman ja palautumisajan tarvitsee pidempään.

• Erilainen kuorman muutosnopeus

Seuraavat kuvat alla osoittavat, että erilainen kuormitusnopeus muuttuu. Mitä nopeammin kuormitusvirta nousee tai laskee, sitä suurempi on lähtöjännitteen ali- tai ylitys. Sitä vastoin hitaampi kuormitusaskel johtaa pienempään lähtöjännitteen muutosta.

4. Parannettu menetelmä

• Lisää lähtökondensaattori

Vakaan lähtöjännitteen saavuttamiseksi helpoin tapa lisätä lähtökapasitanssia, mutta ESR ja ESL on silti otettava huomioon. Keraamisilla kondensaattoreilla on alhainen ESR ja ne ovat myös parempi valinta jännitetransienttien vähentämiseen. Yleensä keraamiset kondensaattorit sijoitetaan lähelle todellisen sovelluksen kuormituspäätä. Sen lisäksi, että se vähentää jännitetransientteja, se myös välttää värähtelyt muuntimen ohjaussilmukassa. Lisäksi voit lisätä elektrolyyttikondensaattorin lähelle muuntimen lähtöä. Kun on kuormitusaskel, elektrolyyttikondensaattori reagoi nopeasti alkuvaiheessa, jotta takaisinkytkentäpiiri voi reagoida nopeammin, mikä on hyödyllistä hitaissa palautevastepiireissä.

 

• Asetteluehdotus

Dynaamisissa kuormissa muuntimen ja kuorman välinen etäisyys voi vaikuttaa lähtötehon laatuun. Ja loisresistanssi ja induktanssi tiellä aiheuttavat lähtöjännitteen pudotuksen ja huonon kuormituksen säätelyn. Joten muuntaja ja kuorma on sijoitettava mahdollisimman lähelle. Kuorman transienttivasteen vaikutuksen vähentämiseksi yleensä lähtökapasitanssia lisätään lähtöjännitevasteen pienentämiseksi, ja kondensaattoreiden sijainti on tehokkain päävirtatiellä.

5. Yhteenveto

Markkinatrendin myötä monet elektroniset tuotteet vaativat yleensä nopeampaa ja suurempaa virtaa. Tehonmuuntimien valikoimassa vakaalla lähtöjännitteellä varustetut tuotteet ovat suositumpia. Transienttivastetesti voi ymmärtää säätösilmukan vakauden, kuormituksen säätelyn, transientin palautumisajan ja soittoäänen. Kun transienttivasteeseen vaikuttavat tekijät on ymmärretty, voidaan löytää sopivin parannusmenetelmä vakaamman tehonmuuntimen saamiseksi.

 

 

CTC on ammattimainen palveluntarjoaja huippuluokan virtalähdemoduuleille (AC to DC Converter ja DC to DC Converter) kriittisiin sovelluksiin maailmanlaajuisesti jo 30 vuoden ajan. Ydinosaamistamme on suunnitella ja toimittaa tuotteita johtavilla teknologioilla, kilpailukykyisellä hinnoittelulla, erittäin joustavalla toimitusajalla, globaalilla teknisellä palvelulla ja laadukkaalla valmistuksella (Made In Taiwan).

CTC on ainoa yritys, jolla on ISO-9001, IATF-16949, ISO22613 (IRIS) ja ESD/ANSI-2020 sertifikaatit. Voimme 100-prosenttisesti varmistaa tuotteen lisäksi myös työnkulkumme ja palvelumme laadunhallintajärjestelmän mukauttamiseksi jokaiseen korkealuokkaiseen sovellukseen alusta alkaen. Suunnittelusta valmistukseen ja tekniseen tukeen jokainen yksityiskohta toimii korkeimpien standardien mukaisesti.

Jätä viesti 

viestiluettelo