. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Power tipy XX - Parazitní rezonance v napájecím zdroji
26. listopadu 2010 - 8:09 | Robert Kollman | Power tipy XX - Parazitní rezonance v napájecím zdroji | Komentářů: 0  

Power tipy XX - Parazitní rezonance v napájecím zdroji

Už se vám někdy stalo, že jste po zapnutí napájecího zdroje zjistili, že je nefunkční? Je dost pravděpodobné, že za tím stál rychlý náběh vstupního napětí a vysoké Q filtračního obvodu.

Kombinace těchto dvou činitelů může totiž vést k vytvoření až dvojnásobného napětí.
Tento problém může navíc nastat i v případě, kdy dojde k rychlému přerušení proudu v indukčních prvcích zdroje. Mezi hlavní místa, kde tyto problémy nejčastěji vznikají, se řadí především hot-swap nebo hot-plug obvody, případně obvody s nezatíženým filtrem elektromagnetického rušení (EMI).

Na obrázku 1 je uvedeno zjednodušené schéma EMI filtru, spolu se situací po připojení napájecího napětí. Indukčnost, řazená v obvodu sériově, může být úmyslná, nebo může být i výsledkem vlivu dlouhého napájecího vedení, jako v případě systémů napájení přes Ethernet (PoE). Na grafu je modře zachycena skokovitá změna vstupního napětí a výsledné průběhy napětí na výstupu při indexu zatlumení menším než jedna. (Při hodnotě vyšší než jedna neprodukuje žádné překmity.) Reakce výstupu při nižším tlumicím indexu má podobu:

(Rovnice 1)

Kde:

ζ je poměr rychlosti náběhu, který je roven 1/(2*Q).
ωn je přirozená rezonanční frekvence indukčnosti a kapacity
Ø je hodnota arc-cosine z ζ

Zvýraznění sériového rezonančního obvodu a získání jeho Q je snadné. V podstatě jde o charakteristickou impedanci, dělenou sériovým odporem, nebo:

(Rovnice 2)

 


Obr. 1: Reakce filtru může být zdrojem přepětí, které je schopno poškodit polovodičové prvky

Vysoké Q (= nízké zatlumení) obvodu způsobuje netlumené kmitání a výstupní napětí může vystoupat až na dvojnásobek vstupní hodnoty (Vin). Z toho vyplývá, že nižší Q obvodu pomáhá účinně omezovat maximální špičkové napětí.
Obrázek 2 ukazuje procentuální velikost překmitu, jako funkci poměrného zatlumení. Se indexem v poměru 0,4 (Q 1,25), může špičkové napětí dosáhnout hodnoty až 130 procent napětí zdroje. Samozřejmě může být i nižší, neboť zde nejsou započteny další ztráty, jako jsou ty v tlumicím odporu nebo odporu, zařazeném v sérii s kondenzátorem (především hodnota ESR). Pokud váš zdroj není schopen uvedené ztráty tolerovat, je dost pravděpodobné, že k němu budete muset přiřadit další komponenty. Například může být obvod dále účinně tlumen rezistorem, paralelně řazeným k filtračnímu kondenzátoru (C1). Rovněž je možné použít specializovaný hot-swap obvod, omezující maximální proud filtrem, nebo paralelně s indukčností zařadit diodu. Ta poté obvody, při nabíjení kondenzátoru, poskytne svou nízkou impedanci.

V praxi však problém nemusí být tak výrazný, jak se nám nyní může zdát. Vlivem protékajícího proudu může dojít k nasycení jádra indukčnosti a výraznému zpomalení nabíjení filtračního kondenzátoru. Špičkový proud je v tuto chvíli mnohem nižší, než se při samotné sériové indukčnosti očekávalo. Je-li jádro nasyceno, klesá filtru jeho charakteristická impedance a zároveň i celkové Q obvodu, což vede k omezení přepětí. Chcete-li zjistit, zda k tomu může dojít i v případě vysokého Q, je možné maximální proud spočíst ze vstupního napětí, děleného charakteristickou impedancí obvodu. Poté získanou hodnotu srovnejte s údaji z datového listu indukčnosti, čímž zjistíte, zda tento proud povede k saturaci.


Obr. 2: Zvýšení tlumení (snížení Q) vede k omezení přepětí

Z uvedených odstavců vyplývá, že parazitní rezonance filtračního obvodu může být zdrojem vysokého napětí. To je v obvodu následně schopné poškodit veškeré přímo připojené polovodičové prvky. Tento problém může vyniknout především v systémech typu PoE, které mají tendenci vysokého Q při použití keramických kondenzátorů s nízkou ztrátou a malou indukčností s omezenou schopností saturace. Pokud napětí v obvodu dosáhne nepřijatelné úrovně, je třeba zajistit dodatečné tlumení, omezení proudu, nebo některý z alternativních způsobů nabíjení filtračního kondenzátoru. Pokud máte se zdrojem uvedené problémy, zkuste použít následující jednoduchý proces:

  1. Rozhodněte, zda je váš systém vystaven napěťovým skokům z nízké impedance a určete doba náběhu. Napěťový skok může vznikat při zapnutí, nebo hot-swap výměně zařízení.
  2. Odhadněte velkost nabíjené indukčnosti a kapacity vstupního filtru. Indukčnost přívodního kabelu můžete odhadnout jako 15 nH/cm.
  3. Určete celkový odpor v cestě nabíjecího proudu, včetně indukčnosti, kabelu, přechodového odporu konektoru a ESR kondenzátorů.
  4. Vypočítejte rezonanční frekvenci a určete, zda je rychlost náběhu vstupního napětí výrazně vyšší než přirozená odezva filtru.
  5. Vypočítejte faktor tlumení a pomocí obr. 2 stanovte velikost přepětí.

Nezapomeňte na Powet Tip i příští týden, kdy se zaměříme na praktickou konfiguraci chybového zesilovače.

Pro více informací o tomto a dalších řešení napájení, navštivte stránku: www.ti.com/power-ca.

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:
Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
PU232F - převodník USB-UART, modul
Modul s obvodem CP2102 od Silicon Labs - převodník USB-UART pro vývoj a malosériovou výrobu.
Skladem od 290 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