. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Power tipy II - Jak omezit vliv rušení zdroje
16. července 2010 - 9:13 | Robert Kollman | Power tipy II - Jak omezit vliv rušení zdroje | Komentářů: 2  

Power tipy II - Jak omezit vliv rušení zdroje

V druhém díle tipů pro návrh napájecích zdrojů a regulátorů se zaměříme na omezení rušení. Rušení, nepříznivě ovlivňující správnou funkci navrženého zdroje.

Kvalitní návrh desky s plošnými spoji napájecího zdroje je základní podmínkou pro minimalizaci další práce. Tedy především zbytečné práce v laboratoři, strávené při návrhu nového designu. Několik hodin, nebo dokonce jen minut, věnovaných uspořádání jednotlivých komponent zdroje, může ve svém důsledku ušetřit i řadu dnů řešení problémů. Problémů především s nežádoucím vyzařováním, ale i vlastní funkcí napájecího zdroje. Obrázek 1 zachycuje blokové schéma vybraných obvodů, nejvíce citlivých na šum a zvlnění v napájení. Zakreslený obdélníkový výstupní signál je výsledkem porovnání výstupu chybového zesilovače a referenčního napětí. Chybová informace je zde porovnávána s pilovitým průběhem referenčního napětí, určeného pro generování výstupního PWM signálu. Ten je dále využit k řízení výkonového bloku napájecího zdroje.

Nežádoucí šum zde může být aplikován celkem ve třech bodech: Vstup a výstup chybového zesilovače, generátor referenčního signálu nebo i vlastní pilovitý průběh. Pečlivě provedený elektrický a fyzikální návrh těchto obvodů, může pomoci minimalizovat čas stráveným hledáním a opravou vzniklých problémů.

Obecně platí, že injekce nežádoucích signálů je nejčastější na referenční napětí a to prostřednictvím kapacitních vazeb. Tedy jinými slovy, do low-level obvodů, nacházejících se v samém srdci zdroje. Dobrý návrhář by měl zajistit, že low-level obvody jsou umístěny vždy kompaktně a jejich signály vedeny daleko od jakéhokoli zdroje dynamicky se měněného signálu. K tomuto účelu je rovněž možné využít i zemní vrstvy, zajišťující zde požadovanou úroveň stínění.


Obr. 1: Základní obvody zdroje tvoří vždy snadnou příležitosti pro nežádoucí ovlivnění

Vstup chybového zesilovače je pravděpodobně tím nejcitlivějším místem v obvodu napájecího zdroje. Je to z toho důvodu, že obvykle obsahuje největší množství komponenty, které jsou jeho součástí. Zkombinujte si to s jeho velmi vysokým ziskem a vysokou vstupní impedancí a máte recept na problémy. Délka zde umístěných spojů tak musí být co možná nejmenší. Zpětná vazba a další prvky, umístěné na jeho vstupu, musí být k obvodu umístěny tak blízko, jak je to jen fyzicky možné. Stejně tak omezení integrace vysokofrekvenčního signálu na zpětnovazební kondenzátor, je možné jen jeho umístěním v těsné blízkosti zesilovače, následované dalšími prvky zpětné vazby. Rovněž je možné pomoci si i sériovým zapojením kondenzátor - rezistor. V tom případě, pro dosažení nejlepších výsledků, umístěte dále od zesilovače rezistor. Vždy je totiž lepší, pokud dojde k injekci vysokofrekvenčního signálu do rezistoru, kde musí pracovat proti jeho nízkému odporu, než v případě kondenzátoru.

Dalším z uvedených, potenciálně problémových míst, je pilovitý referenční signál. Takový signál je obvykle generován na základě nabíjení kondenzátoru (napěťový režim), nebo jako vzorek spínacího proudu (proudový režim). Při provozu v napěťovém režimu zde obvykle nejsou zaznamenány vážnější problémy, neboť kondenzátor sám představuje příliš nízkou impedanci, aby na něm mohlo dojít k výraznější injekci vysokofrekvenčního signálu. Výrazně problematičtější je však proudový režim, především kvůli jeho náběžným hranám, relativně nízkému napětí signálu a možnosti parazitního ovlivnění z výkonové části zdroje. Obrázek 2 uvádí několik příkladů ovlivnění průběhu signálů. První snímek zachycuje ovlivnění náběžných hran a průběhu nabíjení kondenzátoru (v závislosti na jeho rychlosti), který má dva možné průběhy. Výsledkem toho je chaotický průběh řízení výkonových prvků zdroje, který je zachycen na druhém obrázku.

Tento problém je nejčastěji projevován na prvních blocích řídicího IO, který ignoruje první části průběhu proudu. Pro zachování správného tvaru signálu je možné použít například i filtrování vysokých frekvencí. Avšak i zde opět platí definice, že filtrační kondenzátory musí být umístěny tak blízko kontrolnímu obvodu, jak je to jen fyzicky možné. Dalším společným problémem je sub-harmonická rezonance, která je viditelná na obou zmíněných průbězích obr. 2.

Naproti tomu chaotické střídání širokého a úzkého pulsu signálu, svědčí o nedostatečné kompenzace náběhu. Zde však většinou pomůže jednoduché zvýšení pracovního napětí.


Obr. 2: Ovlivněné průběhy PWM signálu

Byl jste při návrhu opravdu opatrný, ale váš prototyp je stále rušen a produkuje nepřijatelnou úroveň elektromagnetického záření? Co máte dělat dál? Prvním krokem je ověření regulační smyčky a odstranění problémů s její nestabilitou. Zajímavé je, že přílišné vyzařování se může projevovat i jako frekvenční nestabilita napájecího zdroje. Co se však se zdrojem ve skutečnosti děje, když jakoukoliv injekci napětí do regulační smyčky vykryje tak rychle, jak jen mu to fyzikální zákony umožní? Nejlepším postupem je uvědomit si, že šum může být aplikován v jedné ze tří oblastí: chybový zesilovač, zdroj reference nebo pilovitý průběh. Toto je potřeba mít vždy na paměti a jakýkoliv zdroj si takto rozdělit.

Prvním krokem by tak měla být sonda do uvedených uzlů. Podívejte se osciloskopem, zda v některém z nich není zřejmý nelineární průběh, nebo namodulované vysokofrekvenční signály. Především se zaměřte na výstup chybového zesilovače. Pokud ani tak není možné zjistit příčinu přetrvávající chyby, je možné vyřadit z obvodu celý chybový zesilovač a nahradit jej čistým zdrojem stejnosměrného napětí. Samozřejmě by jste měli mít možnost měnit výstupní napětí uvedeného náhradního zdroje. Pokud vše nyní pracuje správně, je třeba upravit referenční napětí, nebo zúžit regulační smyčku chybového zesilovače.

Někdy je zdroj reference, integrovaný v řídicím IO, náchylný na ovlivnění od spínacích obvodů. Takový problém může být jednoduše upraven s přidáním (nebo opravou) tzv. bypas obvodu. Kromě toho může pomoci i zpomalení hran signálu, například sériovým vřazením malého rezistoru. Pokud je problém v oblasti chybového zesilovače, je často třeba provést snížení impedance, čímž dojde k omezení nežádoucích složek signálu, neboť vlivem toho dojde ke snížení úrovně injektovaného signálu. Pokud i nyní vše selže, odstraňte celý obvod chybového zesilovače z desky PCB. Vzduchové uspořádání klíčových obvodů nad deskou může rovněž pomoci zjistit, kde je ukryt váš problém.

Dokonce je možné setkat se s přítomností nežádoucího signálu i bez připojeného napájení. V tom případě dochází ke kapacitnímu přenosu ze sousedních obvodů či souběžně vedených spojů a je tak potřeba provést jejich kontrolu a správné rozmístění. Zde je vhodné využít moderních laboratorních přístrojů, vše izolovat a následně najít a opravit zdroj problémů.

V příštím díle seriálu Power Tip se budeme zabývat návrhem vstupního filtru.

Autor: Robert Kollman, Texas Instruments







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk
Příbuzné články:
Power tipy I - Výběr správné pracovní frekvence spínaného zdroje
Power tipy II - Jak omezit vliv rušení zdroje
Power tipy III - Tlumení vstupního filtru - Díl 1 z 2
Power tipy IV - Tlumení vstupního filtru - Díl 2 z 2
Power tipy V - Záporné napětí ze snižujícího regulátoru
Power tipy VI - Správné měření napájecího zdroje
Power tipy VII - Efektivní napájení výkonových LED
Power tipy VIII - Omezení EMI technikou rozprostřeného spektra
Power tipy IX - Odhad nárůstu teploty výkonových součástek
Power tipy X - Přechodová odezva napájecího zdroje
Power tipy XI - Řešení ztrát v obvodu napájení
Power tipy XII - Maximalizování účinnosti napájecího zdroje
Power tipy XIII - Omezte ztráty v jádře indukčnosti
Power tipy XIV - Zdroj topologie SEPIC zajišťuje vyšší účinnost
Power tipy XV - Levný a výkonný budič LED
Power tipy XVI - Tlumení propustného měniče
Power tipy XVII - Komutační obvod u Flyback regulátoru
Power tipy XVIII - Jednoduché zlepšení stability regulátoru
Power tipy XIX - Snadné získání více záporných napětí
Power tipy XX - Parazitní rezonance v napájecím zdroji
Power tipy XXI - Hlídejte RMS proud kondenzátorů
Power tipy XXII - Vyhněte se častým problémům s chybovým zesilovačem
Power tipy XXIII - Zlepšení regulační odezvy zdroje - část 1
Power tipy XXIV - Převod paralelní impedance na sériovou
Power tipy XXV - Zlepšení regulační odezvy zdroje - část 2
Power tipy XXVI - Přenos vysokofrekvenční energie vodičem
Power tipy XXVII - Paralelní řazení napájecích zdrojů
Power tipy XXIIX - Krátkodobé zvýšení teploty v obvodech MOSFET - část 1
Power tipy XXIX - Krátkodobé zvýšení teploty v obvodech MOSFET - část 2
Power tipy XXX - Síťový zdroj s obyčejným obvodem
Power tipy XXXI - Poměr vnitřních odporů v synchronním regulátoru
Power tipy XXXII - Pozor na proudy v regulátorech SEPIC – část 1
Power tipy XXXIII - Pozor na proudy v regulátorech SEPIC – část 2
Power tipy XXXIV - Jednoduchý izolovaný napájecí zdroj
Power tipy XXXV - Omezení parazitní kapacity v transformátorech

Komentáře (2):

Zobrazit starší 30 dnů (2)...



Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
PLA8 MICRO - Logický analyzátor pro USB
Logický analyzátor pro USB 2.0, klon Saleae, 8-bitová verze s 10 GS a integrovanou analýzou rozhraní.
Skladem od 825 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007