Co je přechodná odezva?

Ideální výkonový měnič potřebuje udržovat stabilní výstupní napětí bez ohledu na to, jak se mění zatížení. V aplikacích však krok výstupní zátěže ovlivní výstupní napětí. Například velikost změny výstupního napětí měřená pro různé zátěže v ustáleném stavu je regulací zátěže. Při změně zátěže v přechodném stavu je nutné uvažovat překmit, podkmit a dobu zotavení výstupního napětí. Všechny tyto tři indikátory závisí na kompenzačním systému převodníku. Tento článek představí proces výskytu přechodové odezvy a faktory, které ovlivňují přechodovou odezvu a pozoruje změny výstupního napětí za různých podmínek prostřednictvím skutečného měření tvaru vlny a poskytne návrhy na zlepšení.

1. Přechodná odezva

Když se zátěž okamžitě změní, výstupní napětí vyvolá reakci. Jinými slovy, proces návratu k nastavené hodnotě po zvýšení nebo poklesu výstupního napětí, který se nazývá přechodová odezva.

Níže je uveden výkonový měnič, který se používá k analýze toho, jak dochází k přechodové odezvě. Obrázek 1 je schematický obvodový diagram výkonového měniče. A obrázek 2 ukazuje proces, kdy když zátěžový proud od lehkého po těžký, výstupní napětí a proud induktoru reagují současně. Při současných změnách nelze kapacitu považovat za ideální kondenzátor, takže je třeba vzít v úvahu parazitní prvky, včetně ekvivalentního sériového odporu (ESR) a ekvivalentní sériové indukčnosti (ESL).

Když se krok zatížení a výstupní proud okamžitě zvýší, převodník nemůže okamžitě reagovat, aby poskytl dostatečný proud. Takže výstupní kondenzátor se vybije, aby nahradil nedostatek výstupního proudu, a ESR a ESL výstupního kondenzátoru způsobí pokles napětí na výstupním kondenzátoru. ESR způsobuje pokles napětí a pozitivně koreluje se stupněm změny zátěže. ESL snižuje napětí na obou stranách výstupního kondenzátoru a generuje špičky. Podle charakteristik indukčnosti souvisejí špičky generované ESL s dobou přechodu zátěže. Pokud čím rychleji zátěž stoupá, tím větší jsou napěťové špičky.

Když chybový zesilovač detekuje pokles napětí, zpětnovazební systém zvýší napětí kompenzátoru a prodlouží dobu sepnutí spínače Q1. Tak, aby proud induktoru vzrostl, aby vyhovoval zvýšenému zatěžovacímu proudu, a kondenzátor se začne nabíjet. Výstupní napětí má tendenci být stabilní.

Test přechodové odezvy může pochopit stabilitu výstupního napětí převodníku. Specifikace výkonového měniče obvykle definovaly přechodovou dobu odezvy a toleranci výstupního napětí. Během měření je třeba poznamenat, že přechodná doba zátěže by měla být mnohem kratší než doba obnovy přechodné zátěže a doba přechodu zátěže musí být delší než doba obnovy převodníku, jinak nelze problém se stabilitou zobrazit na křivce.

Následující obrázek ukazuje typický průběh přechodové odezvy. V tomto případě je výstup 12 VDC, zátěž je od 75 % do 100 % až 75 %, maximální změna napětí je 100 mV, což odpovídá 0.8 % výstupního napětí, a doba zotavení je 250 ms. Proces obnovy přechodného napětí je hladká křivka, která vykazuje stabilní charakteristiky obvodu.

2. Faktory ovlivňují přechodovou odezvu

V obecném řídicím systému ovlivňuje výkon přechodové odezvy několik faktorů. Za prvé, komponenty použité v celé smyčce, jako je optická vazba, diody a transformátory, mají zpoždění. To znamená, že při změně zátěže měnič začne reagovat po minimální době zpoždění. Tato minimální doba zpoždění nepředstavuje přechodnou dobu odezvy, ale pouze její malou část.

Hlavní faktory, které ovlivňují přechodovou odezvu, jako je kompenzační úroveň zesilovače interní chyby. Chybový zesilovač se používá k nastavení PWM (Pulse Width Modulation) a PWM moduluje dobu zapnutí tranzistoru, aby reagoval na změnu výstupního napětí. A šířka pásma regulační smyčky ovlivní rychlost nastavení. Když je šířka pásma větší, přechodový jev zatížení se může přizpůsobit rychleji.

Přechodnou odezvu ve vnějších podmínkách ovlivňují dva faktory. Jedním z nich je výstupní kapacita. Pokud je kapacita velká, podkmit nebo překmit výstupního napětí se může snížit, ale prodlouží se doba zotavení. Druhým je velikost změny a rychlost změny zatěžovacího proudu. Když zatěžovací proud pomalu stoupá nebo klesá, špičková hodnota výstupního napětí je malá. Navíc, když se zvětší velikost zátěžového kroku, výstupní napětí prudce stoupne nebo klesne.

3. Průběh

• Rozdílná kapacita

Když je zátěžový krok pevný (50% až 100% zátěž), ​​jedinou změnou je hodnota kapacity výstupního kondenzátoru. Z následujících tří průběhů může vědět, že čím větší je kapacita, tím menší je kolísání výstupního napětí, ale doba zotavení se prodlouží.

• Různá velikost kroku zatížení

Když je výstupní kapacita pevná (100uF), jediným rozdílem je velikost změny kroku zátěže. Když je zátěžový krok 25 % zátěže (od 75 % do 100 %), podkmit výstupního napětí je 50 mV a doba zotavení je 200 us. Potom obrázky 8 a 9 ukazují, že krok zátěže se zvýší na 50 % a 75 % zátěže, což způsobí, že podkmitové napětí je větší a doba zotavení potřebuje delší.

• Různá rychlost změny zátěže

Následující obrázky ukazují, že rozdílná rychlost změny zatížení. Čím rychleji zátěžový proud stoupá nebo klesá, tím větší je podkmit nebo překmit výstupního napětí. Naproti tomu pomalejší krok zátěže má za následek menší změnu výstupního napětí.

4. Vylepšená metoda

• Přidejte výstupní kondenzátor

Chcete-li dosáhnout stabilního výstupního napětí, nejjednodušší způsob zvýšil výstupní kapacitu, ale stále je třeba vzít v úvahu ESR a ESL. Keramické kondenzátory mají nízké ESR a jsou také lepší volbou při snižování napěťových přechodů. Obecně platí, že keramické kondenzátory se umisťují blízko konce zátěže skutečné aplikace. Kromě snížení napěťových přechodných jevů také zabraňuje oscilacím v řídicí smyčce měniče. Kromě toho můžete přidat elektrolytický kondenzátor blízko výstupu převodníku. Když dojde k zátěžovému kroku, elektrolytický kondenzátor bude v počáteční fázi reagovat rychle, takže zpětnovazební obvod může reagovat rychleji, což je užitečné v obvodech s pomalou zpětnou vazbou.

 

• Návrh rozložení

Při dynamické zátěži může vzdálenost mezi měničem a zátěží ovlivnit kvalitu výstupního výkonu. A parazitní odpor a indukčnost na cestě způsobí pokles výstupního napětí a bude mít za následek špatnou regulaci zátěže. Převodník a zátěž je tedy potřeba umístit co nejblíže. Aby se snížil účinek přechodové odezvy zátěže, obecně se výstupní kapacita zvyšuje, aby se snížila odezva výstupního napětí, a umístění kondenzátorů je nejúčinnější v hlavní proudové cestě.

5. Shrnutí

S trendem na trhu má mnoho elektronických produktů tendenci vyžadovat rychlejší a větší proud. Při výběru výkonových měničů jsou oblíbenější výrobky se stabilním výstupním napětím. Test přechodové odezvy dokáže porozumět stabilitě regulační smyčky, regulaci zátěže, době přechodného zotavení a vyzvánění. Po pochopení faktorů, které ovlivňují přechodovou odezvu, může být nalezena nejvhodnější metoda zlepšení pro získání stabilnějšího měniče výkonu.

 

 

CTC je profesionální poskytovatel služeb pro špičkové napájecí moduly (konvertor AC na DC a DC to DC Converter) pro kritické aplikace po celém světě již 30 let. Naší hlavní kompetencí je navrhovat a dodávat produkty s předními technologiemi, konkurenceschopnými cenami, extrémně flexibilní dodací lhůtou, globálními technickými službami a vysoce kvalitní výrobou (Made In Taiwan).

CTC je jedinou společností certifikovanou podle ISO-9001, IATF-16949, ISO22613 (IRIS) a ESD/ANSI-2020. Dokážeme 100% zajistit nejen produkt, ale také náš workflow a služby, aby od samého začátku odpovídaly systému řízení kvality pro každou špičkovou aplikaci. Od návrhu po výrobu a technickou podporu, každý jednotlivý detail je provozován na nejvyšší úrovni.

Zanechat vzkaz 

Seznam zpráv