Mi az átmeneti válasz?

Az ideális teljesítmény-átalakítónak stabil kimeneti feszültséget kell fenntartania, függetlenül attól, hogy a terhelés hogyan változik. Alkalmazásokban azonban a kimeneti terhelési lépés befolyásolja a kimeneti feszültséget. Például a különböző terheléseknél mért kimeneti feszültség változásának mértéke állandósult állapotban a terhelésszabályozás. Amikor a terhelés tranziens állapotban változik, figyelembe kell venni a túllövést, alullövést és a kimeneti feszültség helyreállítási idejét. Ez a három mutató mind a konverter kompenzációs rendszerén alapul. Ez a cikk bemutatja a tranziens válasz előfordulási folyamatát és a tranziens választ befolyásoló tényezőket, valamint megfigyeli a kimeneti feszültség változásait különböző körülmények között a tényleges hullámforma méréssel, és javaslatokat ad a javításra.

1. Átmeneti válasz

Amikor a terhelés azonnal megváltozik, a kimeneti feszültség reakciót vált ki. Más szóval, a kimeneti feszültség emelkedése vagy csökkenése után a beállított értékre való visszatérés folyamata, amelyet tranziens válasznak nevezünk.

Az alábbiakban a teljesítmény-átalakítót használjuk a tranziens válasz bekövetkezésének elemzésére. Az 1. ábra a teljesítményátalakító sematikus kapcsolási rajza. A 2. ábra pedig azt a folyamatot mutatja be, hogy amikor a terhelési áram könnyűtől nehéz felé halad, a kimeneti feszültség és az induktoráram egyszerre reagál. A jelenlegi változtatások mellett a kapacitás nem tekinthető ideális kondenzátornak, ezért figyelembe kell venni a parazita elemeket, beleértve az ekvivalens soros ellenállást (ESR) és az ekvivalens soros induktivitást (ESL).

Amikor a terhelési lépés és a kimeneti áram azonnal megnő, a konverter nem tud azonnal elegendő áramot biztosítani. Így a kimeneti kondenzátor lemerül, hogy pótlásra kerüljön a kimeneti áram hiánya, és a kimeneti kondenzátor ESR és ESL hatására csökken a feszültség a kimeneti kondenzátoron. Az ESR feszültségesést okoz, és pozitívan korrelál a terhelésváltozás mértékével. Az ESL csökkenti a feszültséget a kimeneti kondenzátor mindkét oldalán, és tüskéket generál. Az ESL által generált tüskék az induktivitás jellemzői szerint a terhelés tranziens idejéhez kapcsolódnak. Ha minél gyorsabban nő a terhelés, annál nagyobb feszültségcsúcsok keletkeznek.

Amikor a hibaerősítő észleli a feszültségesést, a visszacsatoló rendszer megnöveli a kompenzátor feszültségét és megnöveli a Q1 kapcsoló bekapcsolási idejét. Így az induktor árama megemelkedik, hogy megfeleljen a megnövekedett terhelési áramnak, és a kondenzátor töltődni kezd. A kimeneti feszültség stabilizálódik.

A tranziens válasz teszt képes megérteni a konverter kimeneti feszültségének stabilitását. A teljesítmény-átalakító specifikációi általában meghatározzák a tranziens válaszidőt és a kimeneti feszültség toleranciáját. A mérés során figyelembe kell venni, hogy a terhelési tranziens ideje jóval rövidebb legyen, mint a tranziens helyreállítási ideje, a terhelési tranziens periódusa pedig nagyobb legyen, mint a konverter helyreállítási ideje, ellenkező esetben a stabilitási probléma nem jeleníthető meg a hullámformán.

A következő ábra egy tipikus tranziens válasz hullámformát mutat be. Ebben az esetben a kimenet 12VDC, a terhelés 75%-tól 100%-ig 75%-ig, a maximális feszültségváltozás 100mV, ami a kimeneti feszültség 0.8%-ának felel meg, a helyreállítási idő pedig 250ms. A feszültség tranziens helyreállításának folyamata egy sima görbe, amely stabil áramköri jellemzőket mutat.

2. A tényezők befolyásolják az átmeneti választ

Az általános szabályozási rendszerben több tényező befolyásolja a tranziens válasz teljesítményét. Először is, a teljes hurokban használt alkatrészek, mint például az optikai csatolás, a diódák és a transzformátorok késleltetési idővel rendelkeznek. Ez azt jelenti, hogy amikor a terhelés megváltozik, a konverter a minimális késleltetési idő után reagál. Ez a minimális késleltetési idő nem a tranziens válaszidőt jelenti, hanem annak csak egy kis részét.

A tranziens választ befolyásoló fő tényezők, mint a belső hibaerősítő kompenzációs szintje. A hibaerősítő a PWM (Pulse Width Modulation) beállítására szolgál, a PWM pedig a tranzisztor bekapcsolási idejét modulálja, hogy reagáljon a kimeneti feszültség változására. És a vezérlőhurok sávszélessége befolyásolja a beállítás sebességét. Ha a sávszélesség nagyobb, a terhelési tranziens gyorsabban beállítható.

A külső körülmények közötti átmeneti reakciót két tényező befolyásolja. Az egyik a kimeneti kapacitás. Ha a kapacitás nagy, a kimeneti feszültség alul- vagy túllövése csökkenhet, de a helyreállítási idő megnő. A második a terhelési áram változásának nagysága és sebessége. Ha a terhelési áram lassan emelkedik vagy csökken, a kimeneti feszültség csúcsértéke kicsi. Ezenkívül, amikor a terhelési lépés nagysága nő, a kimeneti feszültség meredeken emelkedik vagy csökken.

3. A hullámforma

• Különböző kapacitású

Ha a terhelési lépés rögzített (50% és 100% közötti terhelés), az egyetlen változás a kimeneti kondenzátor kapacitásértéke. A következő három hullámformából tudható, hogy minél nagyobb a kapacitás, annál kisebb a kimeneti feszültség ingadozása, de a helyreállítási idő nő.

• Különböző nagyságú terhelési lépések

Ha a kimeneti kapacitás rögzített (100uF), az egyetlen különbség a terhelési lépések változásának nagysága. Ha a terhelési lépés 25%-os terhelés (75%-ról 100%-ra), akkor a kimeneti feszültség aláfutása 50 mV, a helyreállítási idő pedig 200 us. Ezután a 8. és 9. ábra azt mutatja, hogy a terhelési lépések 50%-ra és 75%-ra nőnek, így az alulmaradt feszültség nagyobb, és a helyreállítási idő is hosszabb.

• Különböző terhelésváltozási sebesség

Az alábbi ábrák azt mutatják, hogy a terhelés eltérő mértéke változik. Minél gyorsabban emelkedik vagy csökken a terhelési áram, annál nagyobb a kimeneti feszültség alul- vagy túllövése. Ezzel szemben a lassabb terhelési lépés kisebb kimeneti feszültség változást eredményez.

4. Továbbfejlesztett módszer

• Adjon hozzá kimeneti kondenzátort

A stabil kimeneti feszültség eléréséhez a legegyszerűbb módja a kimeneti kapacitás növelése, de az ESR-t és az ESL-t továbbra is figyelembe kell venni. A kerámia kondenzátorok ESR-értéke alacsony, és a feszültségtranziensek csökkentésére is jobb választás. Általában a kerámia kondenzátorok a tényleges alkalmazás terhelési végéhez közel helyezkednek el. Amellett, hogy csökkenti a feszültségtranzienseket, elkerüli az ingadozásokat az átalakító vezérlőkörében. Ezenkívül hozzáadhat egy elektrolit kondenzátort a konverter kimenetéhez. Terhelési lépés esetén az elektrolitkondenzátor gyorsan reagál a kezdeti szakaszban, így a visszacsatoló áramkör gyorsabban tud reagálni, ami hasznos a lassú visszacsatolású áramkörökben.

 

• Elrendezési javaslat

Dinamikus terhelések esetén a konverter és a terhelés közötti távolság befolyásolhatja a kimeneti teljesítmény minőségét. Az úton lévő parazita ellenállás és induktivitás pedig kimeneti feszültségesést okoz, és rossz terhelésszabályozást eredményez. Tehát az átalakítót és a terhelést a lehető legközelebb kell elhelyezni. A terhelési tranziens válasz hatásának csökkentése érdekében általában a kimeneti kapacitást növelik a kimeneti feszültség válaszának csökkentése érdekében, és a kondenzátorok helyzete a fő áramútban a leghatékonyabb.

5. összefoglalás

A piaci trendnek megfelelően sok elektronikai termék gyorsabb és nagyobb áramot igényel. Az áramátalakítók választékában a stabil kimeneti feszültségű termékek a népszerűbbek. A tranziens válasz teszt képes megérteni a vezérlőkör stabilitását, a terhelés szabályozását, a tranziens helyreállítási időt és a csengetést. A tranziens reakciót befolyásoló tényezők megértése után megtalálhatjuk a legmegfelelőbb javítási módszert egy stabilabb teljesítmény-átalakító eléréséhez.

 

 

A CTC professzionális szolgáltatója a csúcskategóriás tápegység moduloknak (AC-DC konverter és DC-DC konverter) kritikus alkalmazásokhoz világszerte 30 éve. Fő kompetenciánk a termékek tervezése és szállítása vezető technológiával, versenyképes árakkal, rendkívül rugalmas átfutási idővel, globális műszaki szolgáltatással és kiváló minőségű gyártással (Made In Tajvan).

A CTC az egyetlen vállalat, amely rendelkezik ISO-9001, IATF-16949, ISO22613 (IRIS) és ESD/ANSI-2020 tanúsítvánnyal. Nemcsak a terméket, hanem a munkafolyamatunkat és szolgáltatásunkat is 100%-osan tudjuk biztosítani, hogy minőségirányítási rendszerünk minden csúcskategóriás alkalmazáshoz a kezdetektől fogva megfeleljen. A tervezéstől a gyártásig és a műszaki támogatásig minden egyes részlet a legmagasabb színvonalon működik.

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista