Ondulation de l'alimentation et coefficient d'ondulation
La fonction principale d'une alimentation est de fournir de l'énergie électrique aux produits électroniques, mais l'alimentation électrique introduira inévitablement des ondulations, du bruit, etc., ce qui réduira la stabilité et la fiabilité du système électronique et même de l'ensemble du produit.
L'ondulation de tension peut grandement affecter divers circuits de l'alimentation électrique, tels que les circuits de conversion A/D, les circuits d'amplificateur opérationnel, les circuits de filtre redresseur, etc. Les applications courantes présentent les dangers suivants :
Générer des harmoniques indésirables, provoquant une surtension ou une surintensité pouvant provoquer des accidents ; augmenter les pertes supplémentaires et réduire l’efficacité et l’utilisation des équipements électriques ;
Provoquer un fonctionnement anormal de l'équipement, accélérer le vieillissement et raccourcir la durée de vie ; faire fonctionner anormalement ou ne pas fonctionner normalement les relais de protection, les dispositifs automatiques, les systèmes informatiques et autres équipements ;
Cela peut provoquer des écarts dans les instruments de mesure et de comptage ; interférer avec les systèmes de communication, réduire la qualité de transmission du signal et même endommager les équipements de communication.
Par conséquent, lors de la conception de produits électroniques, il est nécessaire de mesurer avec précision l’ondulation et de la supprimer dans une certaine plage.
1 Ondulation de l'alimentation et coefficient d'ondulation
À proprement parler, l'alimentation régulée comprend quatre parties : un transformateur de puissance, un circuit redresseur, un circuit filtrant et un circuit stabilisateur de tension. Étant donné que le DC-DC peut également être considéré comme une alimentation régulée, le circuit redresseur, le circuit filtrant et le circuit stabilisateur de tension sont considérés comme les trois parties nécessaires de l'alimentation régulée [1].
Le circuit redresseur utilise des dispositifs conducteurs unidirectionnels pour convertir le courant alternatif en courant continu pulsé. Le courant continu pulsé n’est pas régulier et contient une grande quantité de composants de courant alternatif.
Le circuit de filtrage utilise des composants de stockage d'énergie pour convertir une puissance CC pulsée en une puissance CC relativement plate. En raison des performances différentes du circuit de filtrage, bien qu'il puisse filtrer la plupart des composants CA, il ne peut pas les filtrer complètement.
Le circuit de stabilisation de tension après rectification et filtrage utilise la fonction de réglage du circuit pour stabiliser la tension de sortie et réduire la composante alternative au minimum. Cette composante alternative qui ne peut pas être complètement filtrée avec la tension de sortie stable est appelée tension d'ondulation.
Afin de caractériser les performances du filtrage des alimentations régulées en courant continu, le concept de coefficient d'ondulation est introduit [2-3]. Le coefficient d'ondulation ψ est défini comme la valeur en pourcentage de la valeur efficace de la tension d'ondulation Vr et de la tension continue de sortie Vo, soit :
Le coefficient d'ondulation est un indicateur important pour évaluer la sortie stable et pure d'une alimentation CC. D'après la formule ci-dessus, on peut voir que la tension d'ondulation doit être mesurée pour trouver le coefficient d'ondulation.
2 Mesure de l'ondulation de l'alimentation
Une mesure précise de l'ondulation de l'alimentation nécessite généralement deux instruments, à savoir une charge électronique (Electronic Load) et un oscilloscope à stockage numérique (DSO).
Les charges électroniques facilitent le réglage du courant et sont généralement réglées en mode résistance constante (CR) ; les oscilloscopes à stockage numérique peuvent capturer directement l'intégralité de la forme d'onde d'ondulation, stocker, amplifier et lire la valeur d'ondulation. Remplacez la lecture de l'oscilloscope dans la formule pour obtenir le coefficient d'ondulation.
Lors de la mesure, vous devez faire attention aux deux points suivants (ces deux points sont particulièrement importants pour la précision des résultats de mesure) :
(1) Le fil de terre de la sonde de l'oscilloscope à mémoire numérique doit être débranché et la goupille à ressort de terre de l'ensemble de sonde doit être utilisée à la place. Il peut empêcher les boucles de masse de se coupler au bruit EMI, ce qui rend les résultats de mesure inexacts.
Le fil de terre de la sonde est trop long et la zone de boucle est trop grande, formant une antenne de réception et provoquant le couplage de parasites haute fréquence ou de bruit EMI dans le signal mesuré.
(2) L'oscilloscope à stockage numérique lui-même doit ajuster ses paramètres.
L'oscilloscope à stockage numérique doit être bien mis à la terre pour filtrer davantage le bruit ajouté par l'alimentation électrique ; utilisez le couplage CA de l'oscilloscope à stockage numérique pour bloquer le courant continu, rendant le test d'ondulation plus intuitif et précis ;
Les tests d'ondulation généraux nécessitent que la fréquence soit limitée en dessous de 20 MHz, l'oscilloscope à stockage numérique doit donc ouvrir la limite de bande passante de 20 MHz pour isoler le bruit haute fréquence.
3 méthodes pour supprimer l’ondulation de l’alimentation électrique
Pour supprimer l'ondulation de la tension de sortie d'une alimentation régulée, les quatre méthodes suivantes sont généralement adoptées : méthode de filtrage RLC, méthode de filtrage en mode commun, méthode de filtrage par anneau magnétique en ferrite et une combinaison des trois méthodes.
Le circuit de filtre qui supprime l'ondulation de l'alimentation CC-CC est démontré par une vérification expérimentale. Dans l'expérience de vérification, une alimentation DC-DC de 100 W, entrée 48 V, sortie 5 V, modèle SD-100C-5 de Meanwell a été sélectionnée.
L'oscilloscope à stockage numérique choisit le GDS-1072B de GWINSTEK, avec une bande passante de 70 MHz, un taux d'échantillonnage de 1GSa/s et une profondeur de stockage de 10 M par canal.
La charge électronique est PEL{{0}} de GWINSTEK, avec une plage de tension de 1,5 V ~ 150 V, une plage de courant de 0 ~ 35 A et une puissance de 175 W.
D'après ce calcul, le courant dans le circuit est de 20A. La figure 3 montre le schéma de connexion du test d'ondulation de l'alimentation électrique.
Afin de rendre l'effet de suppression de l'ondulation de l'alimentation plus intuitif et évident, court-circuitez d'abord le circuit de filtre de SD-100C-5 et mesurez l'ondulation de sa tension de sortie. De là, on peut voir que l'ondulation de l'alimentation est d'environ 85,6 mVpp et la valeur effective est de 48,2 mVrms.
