magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

{a-feliratkozással-elfogadja-az-adl-kiadó-kft-adatvédelmi-és-adatkezelési-tájékoztatóját-1}

Texas PowerTips cikksorozat lid melletti abra 5 resz„Egy tápegység tulajdonságainak mérése a legegyszerűbb feladat, hiszen csak egyenfeszültséget kell mérni.” Robert Kollman cikksorozatának jelen folytatása rámutat az idézett állításban rejlő tévedésre. A hibás mérési technika rosszabbnak mutatja a tápegységet a valóságos helyzetnél, és a „nem létező” hiba fantomjának kergetése elfecsérelt idő és költség. A szerző ötleteket ad a tápfeszültségzaj egyik legfontosabb, periodikus összetevőjének helyes mérésére.

.

 

Tápfeszültség hullámosságának pontos mérése

 

Egy tápegység paramétereinek helyes mérése önmagában is művészet. Az 1. ábrán példát látunk arra, amikor egy kezdő mérnök fog egy oszcilloszkópot, és mindent rosszul csinál. Az első hibája, hogy hosszú földelővezetékkel ellátott mérőfejet használ. A második, hogy a mérőfejből és annak földelővezetékéből álló hurok a teljesítménytranszformátor és a kapcsolóelemek közelében helyezkedik el. Harmadik hibája pedig, hogy a mérőfej és a kimeneti kondenzátor között járulékos induktivitás megjelenését teszi lehetővé. A probléma az, hogy a kimenőfeszültségre szuperponált hullámalakhoz járulékos nagyfrekvenciás komponensek adódnak hozzá. A tápegységen belül ugyanis jó néhány olyan nagy sebességgel változó és nagy amplitúdójú feszültség és áram van jelen, amelyek könnyen „rácsatolódhatnak” a mérőfej által érzékelt jelre és meghamisítják a mérési eredményt. A csatolás lehet mágneses, amelynek forrása a teljesítménytranszformátor, de lehet a kapcsolóelem kivezetései által okozott elektromos térerősség is. Végül pedig lehet olyan közös módusú áram is, amelyet a transzformátor menetei közötti kapacitás okoz.

A kimenőfeszültség hullámosságának mérését helyesen megválasztott mérési módszerrel lényegesen javítani lehet az alábbiak szerint:

• Először is, a hullámosságot rendszerint korlátozott sávszélességgel specifikálják, amelynek az a célja, hogy kizárja az olyan nagyfrekvenciás zaj felvételét, amely valójában nem része a kimeneti jelalaknak.

• Másodszor, a mérőfej hosszú földelőkábele által alkotott „antenna” kialakulása elkerülhető, ha lecsavarjuk a mérőfej rögzítőcsipeszt tartalmazó „kupakját”, és olyan módon csatlakoztatjuk, ahogy az a 2. ábrán látható. Egy rövid huzaldarabot csavarunk a mérőfej földcsatlakozására, és azt csatlakoztatjuk a tápegység földpontjára. Ez azzal a további előnnyel is jár, hogy csökkenti a mérőfej csúcsában levő vezeték hosszát, és ezzel csökkenti érzékenységét a tápegység közelében mérhető elektromágneses sugárzásra.

 

ti_powertips_5_1

1. ábra A kimenőfeszültség hullámosságának helytelenül megválasztott mérési módszere félrevezető eredményt ad. 

 

ti_powertips_5_2

2. ábra Négy egyszerű módosítással jelentősen javítható a mérési eredmény minősége

 

Végül pedig szigetelt tápegységek esetén jelentős közös módusú áram keletkezhet, amely feszültségesést okoz a mérőkábel földelőcsatlakozójától az oszcilloszkóp földpontjáig vezető kábelszakaszon. Ennek kiküszöbölésére a tápegységtervezés során nagy figyelmet kell fordítani a közös módusú zajok szűrésére. Ezenkívül, az oszcilloszkóp mérőkábelét egy ferritgyűrűn átfűzve csökkenthetjük ezt a közös módusú áramot. Ez ugyanis megnöveli a közös módusú induktivitás értékét, amelynek nincs hatása a differenciális feszültség mérésére, de csökkenti a közös módusú áram által okozott mérési hibát. A 2. ábra azt mutatja, milyen hullámosság-jelalak mérhető az 1. ábrán mutatott áramkörön, de a javított mérési módszerekkel.

Az eredmény: a nagyfrekvenciás „tüskék” gyakorlatilag eltűntek a kimeneti jelről.

A valóságban a tápegység kimeneti feszültségének hullámossága még ennél is jobb lehet, ha azt a rendeltetésének megfelelő környezetbe integrálva használjuk. Mindig van valamennyi induktivitás a tápegység és a rendszer többi része között. Ez a vezetékezésből vagy egyszerűen a NyÁK-lap maratott huzalozásából alakul ki. Ezen kívül mindig vannak hidegítőkondenzátorok a tápegységet terhelő integrált áramkörök közelében. A vezetékinduktivitás és a hidegítőkondenzátorok aluláteresztő szűrőt alkotnak, amely csökkenti a tápegység kimeneti feszültségének hullámosságát és a nagyfrekvenciás zajt. Ha egy extrém példát veszünk, amelyben a mindössze egy inchnyi (25,4 mm) hosszúságú tápvezeték induktivitása 15 nH, és a hidegítőkondenzátorok összkapacitása 10 μF, az így kialakuló aluláteresztő szűrő vágási frekvenciája 400 kHz. Ez a nagyfrekvenciás zaj igen jelentős csökkenését okozza. Számos esetben ennek a járulékos, aluláteresztő szűrőnek a vágási frekvenciája még a kapcsolási frekvenciánál is kisebb, amely kimenőfeszültség hullámosságának frekvenciáját határozza meg. Ilyen esetekben tehát nemcsak a nagyfrekvenciás zaj, de maga a hullámosság is csökken. Egy leleményes mérnöknek meg kell találnia a módját annak, hogy ezt a jelenséget a vizsgálati eljárás során is felhasználja.

A szerző köszönetet mond Brian Kingnek (Texas Instruments) a laboratóriumi felvételek rendelkezésére bocsátásáért.

Következő folytatásunk a ledes világításnál használatos tápegységek tervezésére mutat példát.

 

www.power.ti.com

http://www.ti.com/ww/hu/cikkek-szakirodalom.html

 

A cikksorozat korábbi részei:

1. rész

2. rész

3. rész

4. rész

 

 

A szerző

robert_kollmanRobert Kollman, a Texas Instruments műszaki állományának kiemelt tagja, vezető alkalmazástechnikai mérnök. Több mint 30 év tapasztalattal rendelkezik a teljesítményelektronikában és egy ideig induktív alkatrészeket tervezett az 1 W alattitól a csaknem 1 MW-ig terjedő teljesítménytartományú elektronikus áramkörökhöz, egészen a megahertzes kapcsolási frekvenciákig. Robert Kollman a Texas A&M Egyetemen BSEEdiplomát, majd a Déli Metodista Egyetemen Master-fokozatot (MSEE) szerzett. A cikksorozattal kapcsolatban a powertips@list.ti.com címen érhető el.

 

 

 

   
Advertisement