Čo je prechodná odozva?

Ideálny menič výkonu potrebuje udržiavať stabilné výstupné napätie bez ohľadu na to, ako sa mení zaťaženie. V aplikáciách však krok výstupného zaťaženia ovplyvní výstupné napätie. Napríklad veľkosť zmeny výstupného napätia nameraná pre rôzne záťaže v ustálenom stave je reguláciou záťaže. Pri zmene záťaže v prechodnom stave je potrebné zvážiť prekmit, podkmit a čas zotavenia výstupného napätia. Všetky tieto tri indikátory sa spoliehajú na kompenzačný systém prevodníka. Tento článok predstaví proces výskytu prechodovej odozvy a faktory, ktoré ovplyvňujú prechodovú odozvu a pozoruje zmeny výstupného napätia za rôznych podmienok prostredníctvom skutočného merania tvaru vlny a poskytne návrhy na zlepšenie.

1. Prechodná odozva

Keď sa zaťaženie okamžite zmení, výstupné napätie vyvolá reakciu. Inými slovami, proces návratu na nastavenú hodnotu po zvýšení alebo znížení výstupného napätia, ktorý sa nazýva prechodová odozva.

Nasleduje výkonový menič, ktorý sa používa na analýzu toho, ako dochádza k prechodovej odozve. Obrázok 1 je schematická schéma zapojenia výkonového meniča. A obrázok 2 ukazuje proces, pri ktorom keď záťažový prúd z ľahkého na ťažký, výstupné napätie a induktorový prúd reagujú súčasne. Pri súčasných zmenách nemožno kapacitu považovať za ideálny kondenzátor, preto je potrebné zvážiť parazitné prvky vrátane ekvivalentného sériového odporu (ESR) a ekvivalentnej sériovej indukčnosti (ESL).

Keď sa krok záťaže a výstupný prúd okamžite zvýšia, konvertor nemôže okamžite reagovať, aby poskytol dostatočný prúd. Takže výstupný kondenzátor sa vybíja, aby nahradil nedostatok výstupného prúdu, a ESR a ESL výstupného kondenzátora spôsobia pokles napätia na výstupnom kondenzátore. ESR spôsobuje pokles napätia a je pozitívne korelovaný so stupňom zmeny zaťaženia. ESL znižuje napätie na oboch stranách výstupného kondenzátora a generuje špičky. Podľa charakteristík indukčnosti sú špičky generované ESL spojené s prechodným časom záťaže. Ak čím rýchlejšie zaťaženie stúpa, tým väčšie sú napäťové špičky.

Keď chybový zosilňovač zaznamená pokles napätia, spätnoväzbový systém zvýši napätie kompenzátora a zvýši čas zapnutia spínača Q1. Aby prúd induktora stúpol, aby vyhovoval zvýšenému zaťažovaciemu prúdu, a kondenzátor sa začne nabíjať. Výstupné napätie má tendenciu byť stabilné.

Test prechodovej odozvy dokáže pochopiť stabilitu výstupného napätia meniča. Špecifikácie výkonového meniča zvyčajne definujú prechodový čas odozvy a toleranciu výstupného napätia. Počas merania je potrebné poznamenať, že prechodný čas záťaže by mal byť oveľa kratší ako prechodný čas zotavenia a perióda prechodu záťaže musí byť väčšia ako doba zotavenia prevodníka, inak sa problém so stabilitou nemôže zobraziť na priebehu.

Nasledujúci obrázok ukazuje typický priebeh prechodovej odozvy. V tomto prípade je výstup 12 V jednosmerný prúd, záťaž je od 75 % do 100 % až 75 %, maximálna zmena napätia je 100 mV, čo zodpovedá 0.8 % výstupného napätia, a čas obnovy je 250 ms. Proces obnovy prechodného napätia je hladká krivka, ktorá vykazuje stabilné charakteristiky obvodu.

2. Faktory ovplyvňujú prechodnú odozvu

Vo všeobecnom riadiacom systéme ovplyvňuje výkon prechodovej odozvy niekoľko faktorov. Po prvé, komponenty použité v celej slučke, ako je optická väzba, diódy a transformátory, majú oneskorenie. To znamená, že pri zmene záťaže menič začne reagovať po minimálnom čase oneskorenia. Tento minimálny čas oneskorenia nepredstavuje prechodný čas odozvy, ale len jeho malú časť.

Hlavné faktory, ktoré ovplyvňujú prechodovú odozvu, ako je úroveň kompenzácie zosilňovača vnútornej chyby. Chybový zosilňovač sa používa na nastavenie PWM (Pulse Width Modulation) a PWM moduluje čas zapnutia tranzistora, aby reagoval na zmenu výstupného napätia. A šírka pásma regulačnej slučky ovplyvní rýchlosť nastavenia. Keď je šírka pásma väčšia, prechodové zaťaženie sa môže prispôsobiť rýchlejšie.

Prechodnú odozvu vo vonkajších podmienkach ovplyvňujú dva faktory. Jedným z nich je výstupná kapacita. Ak je kapacita veľká, podkmit alebo prekročenie výstupného napätia sa môže znížiť, ale čas obnovy sa zvýši. Druhým je veľkosť zmeny a rýchlosť zmeny záťažového prúdu. Keď záťažový prúd stúpa alebo klesá pomaly, špičková hodnota výstupného napätia je malá. Okrem toho, keď sa veľkosť kroku zaťaženia zvýši, výstupné napätie sa prudko zvýši alebo zníži.

3. Tvar vlny

• Rozdielna kapacita

Keď je krok záťaže pevný (50% až 100% záťaž), jedinou zmenou je hodnota kapacity výstupného kondenzátora. Z nasledujúcich troch priebehov môže vedieť, že čím väčšia je kapacita, tým menšie je kolísanie výstupného napätia, ale doba zotavenia sa zvýši.

• Rôzna veľkosť kroku zaťaženia

Keď je výstupná kapacita pevná (100uF), jediným rozdielom je veľkosť zmeny kroku záťaže. Keď je záťažový krok 25 % záťaže (od 75 % do 100 %), podkmit výstupného napätia je 50 mV a čas obnovy je 200 us. Potom obrázky 8 a 9 ukazujú, že krok záťaže sa zvýši na 50 % a 75 % záťaže, vďaka čomu je podspätné napätie väčšie a čas obnovy potrebuje dlhší čas.

• Rôzna rýchlosť zmeny zaťaženia

Nasledujúce obrázky ukazujú, že rozdielna rýchlosť zmeny zaťaženia. Čím rýchlejšie záťažový prúd stúpa alebo klesá, tým väčšie je podkmitnutie alebo prekročenie výstupného napätia. Naopak, pomalší krok záťaže vedie k menšej zmene výstupného napätia.

4. Vylepšená metóda

• Pridajte výstupný kondenzátor

Na dosiahnutie stabilného výstupného napätia najjednoduchší spôsob zvýšil výstupnú kapacitu, ale stále je potrebné zvážiť ESR a ESL. Keramické kondenzátory majú nízke ESR a sú tiež lepšou voľbou pri znižovaní napäťových prechodov. Vo všeobecnosti sa keramické kondenzátory umiestňujú v blízkosti konca záťaže aktuálnej aplikácie. Okrem toho, že znižuje napäťové prechody, zabraňuje aj osciláciám v riadiacej slučke meniča. Okrem toho môžete blízko výstupu meniča pridať elektrolytický kondenzátor. Keď dôjde k záťažovému kroku, elektrolytický kondenzátor bude v počiatočnom štádiu rýchlo reagovať, takže spätnoväzbový obvod môže reagovať rýchlejšie, čo je užitočné v obvodoch s pomalou spätnou väzbou.

 

• Návrh rozloženia

Pri dynamickom zaťažení môže vzdialenosť medzi meničom a záťažou ovplyvniť kvalitu výstupného výkonu. A parazitný odpor a indukčnosť na ceste spôsobí pokles výstupného napätia a bude mať za následok zlú reguláciu záťaže. Takže prevodník a záťaž musia byť umiestnené čo najbližšie. Aby sa znížil vplyv prechodovej odozvy záťaže, vo všeobecnosti sa výstupná kapacita zvýši, aby sa znížila odozva výstupného napätia, a poloha kondenzátorov je najúčinnejšia v hlavnej prúdovej dráhe.

5. Zhrnutie

S trendom na trhu má veľa elektronických produktov tendenciu vyžadovať rýchlejší a väčší prúd. Pri výbere výkonových meničov sú populárnejšie výrobky so stabilným výstupným napätím. Test prechodovej odozvy dokáže pochopiť stabilitu riadiacej slučky, reguláciu zaťaženia, prechodný čas zotavenia a zvonenie. Po pochopení faktorov, ktoré ovplyvňujú prechodovú odozvu, možno nájsť najvhodnejšiu metódu zlepšenia na získanie stabilnejšieho meniča výkonu.

 

 

CTC je profesionálny poskytovateľ služieb pre špičkové napájacie moduly (konvertor AC na jednosmerný prúd a prevodník jednosmerného prúdu na jednosmerný prúd) pre kritické aplikácie na celom svete už 30 rokov. Našou hlavnou kompetenciou je navrhovať a dodávať produkty s poprednými technológiami, konkurencieschopné ceny, extrémne flexibilné dodacie lehoty, globálne technické služby a vysokokvalitnú výrobu (Made In Taiwan).

CTC je jediná spoločnosť certifikovaná podľa ISO-9001, IATF-16949, ISO22613 (IRIS) a ESD/ANSI-2020. Dokážeme 100% zabezpečiť nielen produkt, ale aj náš pracovný tok a servis, aby sme od začiatku zodpovedali systému riadenia kvality pre každú špičkovú aplikáciu. Od návrhu až po výrobu a technickú podporu, každý jeden detail je prevádzkovaný na najvyššej úrovni.

Zanechajte správu 

zoznam správ