. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Power tipy X - Přechodová odezva napájecího zdroje
14. září 2010 - 8:30 | Robert Kollman | Power tipy X - Přechodová odezva napájecího zdroje | Komentářů: 1  

Power tipy X - Přechodová odezva napájecího zdroje

Desátý díl seriálu Power Tip představuje jednoduchou metodu pro určení přechodové odezvy, kontrolu šířky pásma a vlastnosti kondenzátoru ve výstupním filtru, s cílem minimalizace ztrát v napájení.

Desátý díl seriálu Power Tip představuje jednoduchou metodu pro určení přechodové odezvy, kontrolu šířky pásma a vlastnosti kondenzátoru ve výstupním filtru, s cílem minimalizace ztrát v napájení. K tomuto účelu se využívá hodnota výstupní impedance uzavřené smyčky regulačního obvodu, která je rovna výstupní impedanci obvodu s otevřenou smyčkou, dělenou hodnotou jedna plus zisk smyčky, nebo jednoduše podle vzorce:

Na obr. 1 je tento vztah zachycen graficky. Jsou zde uvedeny dvě impedance v dB-ohmech, nebo jen hodnotě 20 * log [Z]. Na křivce s otevřenou smyčkou je, při nízké frekvenci, hodnota výstupní impedance definována odporem výstupní cívky a její indukčností. Vrchol grafu je v místě rezonance, kde je vysokofrekvenční impedance výstupu kondenzátoru a cívky dána vlastnostmi kapacity výstupního filtru. To odpovídá hodnotě sériového odporu (ESR) a sériové induktanci (ESL). Výstupní impedance uzavřené smyčky se vypočítá vydělením hodnoty impedance otevřené smyčky hodnotou zisk plus jedna.

Vzhledem k tomu, že je graf uveden v logaritmických hodnotách, je jeho odečítání velice jednoduché. Při nízkých frekvencích, kde je vysoký zisk, se uplatňuje významné impedanční omezení. Naproti tomu při vysoké frekvenci, kde je zisk jen nízký, jsou impedance obou variant v podstatě totožné. Přesto zde existuje několika důležitých zásad, které je třeba mít na paměti: 1) vrchol impedance uzavřené smyčky se vyskytuje v blízkosti přechodu frekvence napájení, nebo, je-li zisk smyčky roven jedné (nebo 0 dB), a 2) většinu času provozu bude řízení šířky pásma elektrického napájení vyšší, než je zlomová frekvence rezonance filtru, takže maximum impedance je definováno impedancí výstupního kondenzátoru.


Obr. 1: Průběh impedance Zout v závislosti na frekvenci

Jakmile je maximální výstupní impedance známa, lze velice snadno odhadnout přechodové odezvy celého obvodu. V tom případě se použije vrcholová hodnota impedance uzavřené smyčky. I zde však existuje několik důležitých aspektů, které je třeba mít na paměti. Skutečný vrchol by mohl být vyšší v důsledku výkyvu způsobeného rozpětím nízké fáze. Nicméně, v případě kdy je vyžadován jen rychlý odhad, je možné tuto skutečnost zcela ignorovat. [1]

Další výhrady je možné mít ke skokové změně zatížení. Dochází-li k postupné změně zátěže (nízký poměr di/dt), bude odezva regulační smyčky stanovena hodnotou výstupní impedance uzavřené smyčky na nižší frekvenci, vztahující se k náběhu. Má-li se však jednat o velmi rychlý skok, není vyloučeno, že dojde k ovlivnění impedance výstupním ESL filtrem. Pokud je tato situace v zařízení reálná, je třeba přidat vysokofrekvenční přemostění (bypass). V případě velmi výkonných systémů je rovněž možné narazit na omezení doby odezvy. To znamená, že proud v indukčnosti nezvládá reagovat tak rychle, jak by vyžadovala regulační smyčka, neboť je zde rychlost přeběhu omezena velikostí cívky a použitého napětí.

Pro názornost bych zde rád uvedl konkrétní příklad použití uvedených vztahů. Prvním problémem je volba vhodného výstupního kondenzátoru pro zvlnění 50 mV při maximálním proudu 10 A a spínací frekvenci 200 kHz. Přípustná maximální výstupní impedance je: Zout = 50 mV / 10 A = 5 miliohmů. Tato hodnota tedy představuje maximální přípustnou hodnotu ESR výstupního kondenzátoru. Dalším krokem je volba požadované kapacity. Naštěstí ESR a kapacita jsou nezávislými hodnotami a mohou být posuzovány zcela nezávisle. Omezená šířka pásma, vlivem silné regulační smyčky, může ovlivňovat četnost spínání například na 30 kHz. Kondenzátor výstupního filtru poté musí splňovat požadavek na vnitřní sériový odpor menší než 5 miliohmů na 30 kHz a kapacitu větší než 1000 uF. Obr. 2 ukazuje simulaci tohoto problému při skokovém zatížení, vycházející z 5 miliohmů ESR, 1000 uF kapacity a řízení napětí s šířkou pásma 30 kHz. Odchylka výstupního napětí je zhruba 52 mV pro skokovou změnu zatížení v hodnotě 10 A, což je dostatečným ověřením platnosti uvedeného přístupu.


Obr. 2: Simulace ověřuje odhadované zvlnění při skokové změně zátěže

V příštím díle seriálu Power Tip se zaměříme na řešení ztrát vznikajících v obvodu napájecího zdroje.

Reference:
1)“Easy Calculation Yields Load Transient Response,” J. Betten and R. Kollman, Power Electronics Technology Magazine, Feb. 2005: http://powerelectronics.com/mag/power_easy_calculation_yields
2)“Modern Electronic Circuit Design,” Comer, David J., Reading, Mass: Addison-Wesley Pub. Co., c1976, Chap. 6.

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 (1):

Zobrazit starší 30 dnů (1)...

host
1. Dne 14. 09. 2010 v 12:23 zaslal host
Bez titulku
To tedy znám spínané zdroje, které mají skokovou změnu i 25%. Co to tu bylo použité za obvod?


Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
Vývojový kit MEGA48
Univerzálním a bohatě vybavený vývojový kit s obvodem ATmega48 společnosti ATMEL je vhodný jak pro začátečníky, tak i profesionály.
Skladem od 755 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