Как изменить выходное напряжение в импульсном блоке питания

---

На этапе развития мобильной техники и портативной электроники отсутствовала стандартизация источников питания. В те времена достаточно просто было встретить питающие блоки на непривычные нам номинальные напряжения — 3,7В, 7,6В или 9,5 вольта.

Большинство выпускаемого сейчас оборудования стандартизировано по напряжению. Обычно это 5, 9 или 12 вольт. Для таких устройств вы легко найдете нужный блок питания. Если же нужно подключить нестандартный потребитель, то что делать? Как изменить питание?

Эксперт — Сергей Пустовой

Технический консультант, специалист по электромонтажным, ремонтным и наладочным работам, кандидат наук

Время чтения: 6 минут

• Введение
• Как изменить напряжение
• Установка DC преобразователя
• Внесение изменений в ИП
  • Устройство БП
  • Электросхема БП
  • Корректируем сигнал стабилизатора
  • Как уменьшить напряжение блока питания?
  • Как увеличить напряжение в импульсном блоке питания?
• Заключение

Введение

Давно прошли те времена, когда большинство блоков питания (БП) состояло из минимального числа элементов: трансформатора, диодного моста и выходного фильтра.

Упрощенная схема линейного ИП

Современная электроника требовательна к источнику питания (ИП). Ей нужны минимальные пульсации, встроенная стабилизация и защита.

Также важна безопасность устройства и его компактность. Все это привело к выходу на передний план импульсных БП.

Как изменить напряжение?

Промышленность выпускает два вида БП: регулируемые и не регулируемые. У первых — уже встроен регулирующий или подстроечный резистор. Используя их пользователь может самостоятельно изменить или скорректировать выходные параметры.

Блоки с ANXIN, 24В, 2А, 50Вт подстроечным сопротивлением (слева), Hangjiasheng HJS-480-0-36 (36В, 15А) с регулирующим потенциометром (справа).

Нерегулируемые БП выдают только стабилизированный потенциал.

Можно ли сделать из них регулируемый блок или хотя бы изменить выходное напряжение? Ответ прост. Конечно — да.

Для реализации этого есть несколько методов. Первый метод — установить внешний dc — dc преобразователь. Второй — внести изменения в схему.

Установка конвертера

Это наиболее простое и, можно сказать, элегантное решение. К преимуществам применения DC-DC конвертеров относятся:

• простота решения;
• сохранность гарантии на БП ;
• возможность регулировки в широком диапазоне;
• создание нескольких уровней потенциала.

Блок-схема включения одного AC/DC конвертера и нескольких DC/DC преобразователей

На рынке представлено множество DC-DC преобразователей. Они отличаются:

• пропускной мощностью;
• входным и выходным напряжением;
• назначением: повышающие, понижающие, повышающе-понижающие;
• наличием регулировки: регулируемые и нерегулируемые.

Подробнее о выборе конвертеров описано в нашей статье «Как выбрать DC-DC преобразователь».

Внесение изменений в конструкцию

Выбор такого решения требует наличия: базовых знаний в принципах работы импульсных БП, паяльного инструмента и нескольких электронных компонентов.

Что же необходимо изменить в схемотехнике импульсного блока питания, чтобы повысить или понизить напряжение на выходе? Давайте в этом разбираться.

Устройство

В качестве примера рассмотрим один из импульсных источников питания (ИИП), представленных в нашем каталоге — бескорпусный блок питания на 12 вольт.

Внешний вид рассматриваемого устройства

Если грубо разделить наш БП, то он состоит из трех основных частей:

• высоковольтной;
• низковольтной;
• цепей обратной связи (ОС).

Это хорошо видно на схеме блока питания.

Электросхема

В высоковольтной части схемы поступающее напряжение стабилизируется и преобразуется в высокочастотные импульсы, поступающие на трансформатор TV1. За формирование импульсов и их характеристики отвечает ШИМ-контроллер. В данной схеме это CR6842S.

Схема электрическая принципиальная ИИП

В низковольтной части осуществляется фильтрация выходного сигнала. С выходных цепей трансформатора осуществляется отбор питающего напряжения для PWM-контроллера, а также сигнал для обратной связи.

Как раз величина сигнала ОС, поступающего на ШИМ, определяет какой потенциал будет на выходе. Управляет сигналом микросхема TL431 — регулируемый стабилизатор.

В нем и кроется возможность того, как понизить вольтаж блока питания.

Корректировка обратной связи

Для начала обращаемся к даташиту (datasheet) на интегральную микросхему. Находим используемую схему включения. Как мы видим, используется шунтирующая схема. Здесь же указано каким образом выполняется регулировка — подбором соотношения сопротивлений резисторов R1 и R2.

Электросхема включения регулируемого стабилизатора TL431

Производитель рекомендует использовать резистор R1 в качестве постоянного, с сопротивлением не менее 10 кОм, а R2 в качестве подстроечного.

В нашем случае — это сопротивления R14 (20 кОм) и R15 (5,1 кОм). Для регулировки нужно заменить резистор R15 другим, соответствующего номинала.

Уменьшаем потенциал

Из указанной в даташите формулы видим, что это возможно сделать, уменьшая дробь R1/R2. Определим, каково должно быть сопротивление R15. Для начала определим опорное напряжение Vrev. Путем несложных манипуляций получаем формулу и решение.

Расчет опорного напряжения

Теперь можем рассчитать R15 для напряжения, например, в 9В.

Расчет шунтирующего резистора

В расчетах у нас вышло 7,43 кОм, соответственно, принимаем ближайшее из стандартного ряда — 7,5 кОм

Увеличиваем потенциал

Последовательность действий здесь аналогична. Необходимо рассчитать шунт на такой номинал, который позволит поднять напряжение до необходимого.

Однако следует учитывать, что бесконечно поднимать выходной потенциал невозможно. Предел регулировки ограничен возможностями компонентов:

• стабилизатор TL431 — до 36 В;
• ШИМ контроллер CR6842S — до 25,5В;
• конденсаторы выходного фильтра до 20В;

Также подъем напряжения сказывается на трансформаторе.

При необходимости существенного увеличения выходного потенциала придётся заменить часть элементов выходной схемы, что сопоставимо со стоимостью DC-DC конвертера.

Заключение

Как мы видим, для корректировки напряжения не требуется сложных инструментов и великих знаний.

Большинство БП имеют схожую, рассмотренной нами, схему контроля напряжения. Отличия могут заключаться в марке используемых компонентов, а также их номинале. Достаточно разобраться в схеме, а также иметь минимальный набор инструментов, и вы сможете изменить свой источник питания.

Sciber

Среди ценителей качественного звука существует немало мнений, что импульсные блоки питания не годятся для использования в аудиотехнике.

Но так ли это? Давайте попробуем разобраться! Мы возьмем один усилитель, запитаем его сначала от импульсного блока, а потом и от «канонического» тороидального трансформатора и проведем измерения качества звука: уровень искажений и показатели выходной мощности. И сделаем выводы.

Совсем немного истории

Трансформатор был изобретен аж в XIX веке, и получил широкое распространение вполне «естественным» образом – просто ничего более подходящего не было.

Импульсные блоки питания были изобретены в конце 1960-х годов, почти сто лет спустя после изобретения трансформатора. Это стало возможным с существенным развитием полупроводниковой отрасли.

Краткая теория

В блоке питания сетевое напряжение понижается трансформатором, выпрямляется выпрямителем и сглаживается конденсатором. Частота тока питающей сети 50 Hz требует применения больших и тяжелых железных магнитопроводов (при меньшей частоте нужна большая величина магнитной индукции). Импульсные блоки питания работают по принципу преобразования сетевого напряжения в ток в 1000 раз более высокой частоты, примерно 50-80 kHz, что позволяет использовать магнитопроводы из эффективных ферромагнитных материалов, обмотки из меньшего количества витков провода и сглаживающие конденсаторы меньшей ёмкости.

Это даёт радикальное уменьшение габаритов и веса блока питания при той-же отдаваемой мощности. И не только это.

Методика тестов и измерений

Для того, чтобы максимально нагрузить усилитель и поберечь свои барабанные перепонки, мы будем использовать в качестве нагрузки на выходах усилителя вот такое устройство:

Рис. 1 – Блок нагрузки для тестирования

Это блок высокомощных резисторов по 1Ω, который используются, чтобы получить 4Ω или 8Ω нагрузки. Мы проведём три исследования: исследование работы блоков питания при нагрузке усилителя синусоидальным сигналом, измерение технических характеристик усилителя и субъективное сравнение звучания усилителя, к которому попеременно подключаются импульсный и трансформаторный блоки питания.

Герои тестирования

Два импульсных блока питания Meanwell EPP-200-27. Два, потому что для питания усилителя нужно двухполярное напряжение ±30В, а один такой блок выдает напряжение одной полярности. Номинальная мощность этого блока питания 200W, итого получаем 400W мощности. Общая масса блоков питания 380 грамм.

Рис. 2 – Импульсные блоки питания

Стоит отдельно отметить, что данные импульсные блоки достаточно качественные. Но мы специально не брали на тест noname-изделия с Али Экспресс, т.к. маловероятно, что серьезные производители аудиотехники используют второсортные комплектующие.

И трансформаторный блок питания, сделанный из трансформатора ТТП400 (2×25В, 7.5А) с номинальной мощностью 400W, двух выпрямительных мостов на диодах Шоттки и батарей сглаживающих конденсаторов по 40000 мкф в плечо. Это классическая схема питания, применяемая испокон веков и до наших дней. Масса одного только трансформатора, без учёта всего остального — 4.1 килограмм.

Рис. 3 – Трансформаторный блок питания

Часть 1. Исследование работы под нагрузкой

Сравнивать работу блоков питания будем нагружая усилитель синусоидальным сигналом с частотой 1кгц и снимая с него мощность 350W. Данный уровень нагрузки мы установим по уровню напряжения на выходе с усилителя в 34,7 Вольт. Тестировать будем как под нагрузкой, так и без нагрузки – в режиме покоя.

Сначала протестируем импульсные блоки питания. Выходное напряжение питания в режиме покоя:

Рис. 4 – Выходное напряжение питания ИБП в режиме покоя

Выходное напряжение под нагрузкой:

Рис. 5 – Выходное напряжение питания ИБП под нагрузкой

Как вы видите, напряжение просело на 84 милливольта, что составляет 0.28% от изначального.

Аналогичным образом проверяем трансформаторный блок питания:

Рис. 6 – Выходное напряжение питания ТБП в режиме покояРис. 7 – Выходное напряжение питания ТБП под нагрузкой

Как видим, под нагрузкой выходное напряжение просаживается на 5.754 Вольта, что составляет 19.1% от изначального. Это в 68 раз больше, чем у импульсных блоков!

Почему так происходит? Давайте посмотрим осциллографом одновременно форму сетевого напряжения и потребляемого от сети тока. Первым идёт ИБП:

Рис. 8 – форма сетевого напряжения и потребляемого тока ИБП (Желтый – напряжение, Голубой — ток).

Жёлтая кривая — сетевое напряжение, голубая — потребляемый ток. Как вы видите, форма потребляемого тока примерно соответствует напряжению – потребление энергии происходит равномерно, соответственно её поступлению.

А теперь то же самое для ТБП:

Рис. 9 – форма сетевого напряжения и потребляемого тока ТБП (Желтый – напряжение, Голубой — ток).

Форма тока лишь частично следует за формой напряжения. Энергия потребляется примерно в половину времени её поступления, остальное время ток не течёт, потому что сглаживающий конденсатор заряжается только тогда, когда выпрямленное напряжение снятое с трансформатора больше напряжения на нём.

По этой причине потребляемая трансформатором мгновенная мощность значительно превышает номинально отдаваемую (энергия отдаётся непрерывно всё время, потребляется из сети примерно половину времени, значит потреблять её надо в два раза быстрее).

А теперь посмотрим осциллограммы работы трансформатора без нагрузки и под нагрузкой. Жёлтая линия — напряжение на первичной обмотке (сетевое), голубая — напряжение на вторичной обмотке (отдаваемое).

Рис. 10 – Напряжения на обмотках ТБП в режиме покоя (Желтый – входное, Голубой — выходное).Рис. 11 – Напряжения на обмотках ТБП под нагрузкой (Желтый – входное, Голубой — выходное).

Как вы видите, форма сетевого напряжения не меняется, а напряжение на вторичной обмотке обрезается на пиках, как раз в тот момент, когда происходит потребление тока:

Рис. 12 – ТБП – Напряжение на входе(желтый), выходе(красный), и потребляемый ток (голубой) под нагрузкой.

Причина этого — потери энергии на нагрев обмоток трансформатора, вынужденного отдавать импульсный ток значительно больший номинального. По этой причине с трансформатора номинальной мощностью 400W получается снять лишь 350W. Попытка снять больше приведет к появлению значительных искажений звука из-за просадки напряжения питания. Чтобы уменьшить просадку — нужно увеличивать мощность трансформатора, до полутора-двух раз от потребляемой. А значит — габариты и массу.

С импульсных блоков питания номинальной мощностью 400W можно снять все 400W без просадки напряжения, поскольку в них проблема неравномерного потребления энергии решается электронным узлом, называемым ККМ (корректор коэффициента мощности). Им, согласно нормативным документам, в обязательном порядке должны быть оснащены все ИБП мощностью более 100W. В жизни оно, конечно, не всегда так – часто встречаются «китайские» варианты без ККМ и схем защиты, горящие как спички от неосторожного чиха. Такое просто не нужно использовать.

Теперь проверим, насколько чистое питание выдаётся в усилитель. Осциллограмма пульсаций напряжения ТБП под нагрузкой:

Рис. 13. Пульсации напряжения ТБП под нагрузкой.

Видим пульсации с удвоенной частотой сети: 100Hz, и амплитудой 800мв, что составляет 2.6% от полного напряжения. Чтобы снизить амплитуду пульсаций, нужно увеличивать ёмкость сглаживающего конденсатора, что в свою очередь уменьшает период потребления тока и требует дополнительного увеличения мощности трансформатора.

Пульсации напряжения ИБП:

Рис. 14. Пульсации напряжения ИБП под нагрузкой.

Амплитуда пульсаций импульсного блока питания не превышает 100мв, что в 8 раз меньше амплитуды пульсаций трансформаторного блока питания. Сами пульсации происходят с более высокой частотой и более эффективно устраняются сглаживающими конденсаторами.

Часть 2. Замеры влияния типа источника питания на качество звука

Теперь проверим – влияет ли тип источника питания на качество звука? Для этого мы измерим параметры усилителя с одним и другим источником питания.

Измерительным комплексом у нас выступит система со специализированной картой Lynx Studio E22 и программным обеспечением RightMark Audio Analyzer 6.4.5 PRO.

При тестировании качества звука, мы установим выходную мощность в 60 Вт на канал с нагрузкой в 4 Ом (для этого мы подаем с измеряемого компьютера 1 кГц на вход усилителя, и выставляем громкость по уровню выходного напряжения 15,5 Вольт (U = Sqrt(P*R). U=Sqrt(60*4). U = 15,49).

Запускаем тесты с разными источниками питания и получаем следующие цифры:

Рис. 15. Результаты тестирования качества звука с ИБП и ТБП

Как видим, существенных различий нет, но показатели усилителя при использовании импульсного блока чуть лучше. Это потому, что, как мы уже видели – выходное напряжение трансформаторного блока питания просаживается под нагрузкой.

Часть 3. Субъективное прослушивание

Осталась самая интересная часть – сделать кнопку, при нажатии на которую усилитель будет запитываться от одного источника питания, и при отпускании которой – от другого, и вживую, на играющей музыке проверить – будет ли разница?

Для переключения источников питания по нажатию кнопки мы будем использовать вот такие (опять же, самодельные) устройства – транзисторные силовые ключи:

Рис. 16. Транзисторные силовые ключи для переключения источников питания «на лету»

И вот как выглядит весь наш тестовый стенд после того, как он подготовлен к субъективному прослушиванию:

Рис. 17. Тестовый стенд целиком

Мы отслушали несколько разных композиций, переключая наши источники питания по ходу прослушивания, и не смогли на слух определить разницы в качестве звучания. Что подтверждает все полученные нами ранее данные.

Выводы

Наше исследование показало, что тип используемого источника питания на качество звука не влияет. И использование производителями более легких и компактных импульсных блоков очень даже оправдано (тем более, что ИБП, как правило, могут работать от сети и в 110 Вольт, и в 220 Вольт «по умолчанию», а трансформатору для этого нужен отвод от первичной обмотки и переключатель).
Но еще раз отметим, что этот вывод справедлив для качественных блоков питания, в которых не экономили на функциональных узлах.

Рис. 18. Герои статьи вместе

Спасибо за чтение!

Григорий Можаровский и Роман Ромащенко
2020.05.20

Как подавить пять видов пульсаций импульсного источника питания?

низкочастотная пульсация

Низкочастотная пульсация связана с емкостью конденсатора фильтра выходной цепи. Из-за ограничения размера импульсного источника питания емкость электролитического конденсатора не может увеличиваться до бесконечности, что приводит к остаточной низкочастотной пульсации на выходе, которая изменяется в зависимости от схемы выпрямителя.

Общий импульсный блок питания состоит из двух частей: AC/DC и DC/DC. Базовая структура AC/DC представляет собой схему выпрямителя и фильтра. Выходное постоянное напряжение содержит низкочастотные пульсации переменного тока. Его частота в два раза превышает частоту входного источника питания переменного тока. Амплитуда связана с выходной мощностью источника питания и емкостью конденсатора фильтра. Как правило, его контролируют на уровне 10 % или менее. После того как пульсации переменного тока ослабляются преобразователем постоянного тока в постоянный, они проявляются в виде низкочастотного шума на выходе импульсного источника питания, а его величина определяется коэффициентом трансформации преобразователя постоянного тока в постоянный и коэффициентом усиления система управления.

(низкочастотные пульсации)

Например, для обычного источника питания 24 В коэффициент подавления пульсаций управляемого напряжением преобразователя постоянного тока обычно составляет 45–50 дБ, а эффективное значение низкочастотных пульсаций переменного тока при выход 60-120мВ. Коэффициент подавления пульсаций DC/DC-преобразователя с управлением по току несколько улучшен, но низкочастотные пульсации переменного тока на выходе все еще велики. Для реализации низкой пульсации на выходе импульсного источника питания необходимо принять меры по фильтрации низкочастотных пульсаций источника питания. Его можно устранить путем предварительной регулировки и увеличения коэффициента усиления преобразователя постоянного тока в замкнутый контур.

2, Подавление низкочастотных пульсаций

а. Увеличить параметры индуктивности и емкости выходного ФНЧ для снижения низкочастотных пульсаций до необходимого показателя.

б. Метод управления с упреждением используется для уменьшения низкочастотной составляющей пульсаций.

3, высокочастотная пульсация

Высокочастотный пульсирующий шум исходит от высокочастотной схемы преобразования мощности. В схеме входное постоянное напряжение подвергается высокочастотному коммутационному преобразованию через силовые устройства, а затем выпрямляется и фильтруется для получения регулируемого выходного сигнала. Выход содержит ту же частоту, что и рабочая частота переключения. Высокочастотные пульсации частоты, их влияние на внешнюю цепь в основном связаны с частотой преобразования импульсного источника питания, устройством и параметрами выходного фильтра. В проекте постарайтесь увеличить рабочую частоту силового преобразователя, чтобы уменьшить влияние высокочастотных пульсаций переключения. Требования к фильтрации.

(высокочастотная пульсация)

4, подавление высокочастотной пульсации

а. Увеличьте рабочую частоту импульсного источника питания, чтобы увеличить частоту высокочастотных пульсаций, что способствует подавлению выходных высокочастотных пульсаций.

б. Увеличьте выходной высокочастотный фильтр, чтобы подавить выходную высокочастотную пульсацию.

в. Используется многоступенчатая фильтрация.

5, Синфазный пульсирующий шум

Из-за паразитной емкости между силовым устройством и нижней пластиной радиатора и первичной и вторичной сторонами трансформатора, а также паразитной индуктивности провода, когда напряжение прямоугольной формы воздействует на устройство питания, выходной конец импульсного источника питания будет генерировать синфазный шум пульсации. Уменьшите и контролируйте паразитную емкость между силовыми устройствами, трансформаторами и заземлением корпуса, а также добавьте индуктивность и емкость для подавления синфазного сигнала на выходной стороне, чтобы уменьшить синфазный шум на выходе.

6, синфазный пульсирующий шум

a. На выходе используется специально разработанный фильтр электромагнитных помех

b. Уменьшение амплитуды коммутационных помех

7, УВЧ-резонансный шум

Ультравысокочастотный резонансный шум в основном возникает из-за емкости диодного перехода во время обратного восстановления высокочастотного выпрямительного диода, а также из-за резонанса емкости перехода силового устройства и линии. паразитная индуктивность при переключении силового устройства. Частота обычно составляет 1-10 МГц. Такие меры, как переключение ламп с малой емкостью и уменьшение длины проводки, могут уменьшить сверхвысокочастотный резонансный шум.

(Сверхвысокочастотный резонансный шум)

8, Подавление сверхвысокочастотного резонансного шума

Сверхвысокочастотный резонансный шум можно уменьшить, выбрав диоды с плавным восстановлением, переключая транзисторы с малой емкостью перехода и уменьшив длину проводки.

9, Пульсирующий шум из-за регулирования с обратной связью

Все импульсные источники питания требуют регулирования выходного напряжения с обратной связью, а несоответствующая конструкция параметров регулятора также вызывает пульсации. Когда выходной конец колеблется, он входит в контур регулятора через сеть обратной связи, что может привести к автоколебаниям регулятора и вызвать дополнительные пульсации. Это пульсирующее напряжение обычно не имеет фиксированной частоты.

(Пульсация шума, вызванная регулированием с обратной связью)

10, Подавление пульсирующего шума, вызванного регулированием с обратной связью

В импульсном источнике питания постоянного тока пульсации на выходе часто увеличиваются из-за неправильного выбора параметры регулятора. Эту часть пульсаций можно подавить следующими способами.

а. Добавьте компенсационную сеть на землю на выходе регулятора, и компенсация регулятора может подавить увеличение пульсации, вызванное самовозбуждением регулятора.

б. Разумно выберите увеличение без обратной связи регулятора с обратной связью и параметры регулятора с обратной связью. Если увеличение разомкнутого контура слишком велико, это иногда будет вызывать колебания или самовозбуждение регулятора, что увеличит содержание пульсаций на выходе. Если увеличение без обратной связи слишком мало Стабильность выходного напряжения будет ухудшаться, а содержание пульсаций будет увеличиваться, поэтому следует разумно выбирать увеличение без обратной связи регулятора и параметры регулятора с обратной связью, а также корректировки. производиться в соответствии с условиями нагрузки во время отладки.

с. В канал обратной связи не добавляется звено фильтрации с чистой задержкой, поэтому задержка сводится к минимуму, что увеличивает скорость и своевременность регулирования с обратной связью, что полезно для подавления пульсаций выходного напряжения.

Как уменьшить пульсации импульсного источника питания?

Что касается пульсации импульсного блока питания, то она безусловно существует и теоретически, и практически. Вообще говоря, вот несколько подходов, ограничивающих или уменьшающих его.

Уменьшение электромагнитных помех — индуктивность заднего диода

Металлический корпус можно использовать в качестве экрана, который используется для уменьшения излучаемых помех внешнего электромагнитного поля. Чтобы уменьшить электромагнитные помехи на входе линии электропередачи, клемма ввода питания оснащена фильтром электромагнитных помех, как показано на диаграмме ниже (фильтр электромагнитных помех также называется фильтром линии электропередач). Этот метод также обычно используется для ограничения высокочастотного шума.

Принятие емкости с хорошими высокочастотными характеристиками и низким ESR на выходной клемме

В качестве выходной емкости лучше всего использовать алюминиевую или танталовую электролитическую емкость высокомолекулярного полимерного твердого электролита. Его характеристики включают малый размер и большую емкость, низкое сопротивление ESR при высокой частоте, что обеспечивает высокие пульсации тока. Это наиболее подходит для высокоэффективного, низковольтного, сильноточного преобразователя постоянного тока в постоянный с декомпрессией и источника питания модуля постоянного / постоянного тока в качестве выходной емкости.

Например, тип твердого электролитического конденсатора Ta из высокомолекулярных полимеров имеет емкость 68 мкФ. Его максимальное значение эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) составляет 25 мОм на частоте 100 кГц при температуре 20 ℃. А максимально допустимый ток пульсаций (в 100 кГц) составляет 2400 мА (среднеквадратичное значение). Его размер составляет 7,3 мм (длина) × 4,3 мм (ширина) × 1,8 мм (высота).

Напряжение пульсаций ΔV _OUT равно
ΔV _OUT = ΔI _OUT × ESR
Если ΔI _OUT = 0,5 А, ESR = 25 мОм ,
Тогда ΔV _ВЫХОД = 12,5 мВ.

Если в качестве выходного конденсатора используется обычный алюминиевый электролитический конденсатор с номинальным напряжением 10 В и номинальной емкостью 100 мкФ, эквивалентное последовательное сопротивление при 20 ℃ и 120 Гц составляет 5,0 Ом, а максимальный пульсирующий ток составляет 70 мА. Он может работать только на частоте ниже 10 кГц, но не может работать на высокой частоте (частота выше 100 кГц). Это по-прежнему неверно, если емкость увеличивается, потому что она становится характеристикой индуктивности, когда частота превышает 10 кГц.

Некоторые мощности с частотой переключения от 100 кГц до нескольких сотен кГц также дают хороший эффект при использовании многослойной керамической емкости (MLCC) или электролитического конденсатора Ta в качестве выходной емкости. Его цена значительно ниже, чем у высокомолекулярных полимерных твердоэлектролитных емкостей.

Установка импульсного источника питания на частоте, синхронной с системой

Для снижения выходного шума частота переключения источника питания должна быть синхронной с частотой системы. Другими словами, импульсный источник питания использует частоту внешней синхронной входной системы, что обеспечивает одинаковую частоту между частотой коммутации и системной частотой.

Предотвращение взаимных помех между блоками питания нескольких модулей

На одной печатной плате может быть несколько блоков питания модулей, работающих вместе. Если источники питания модуля не экранированы и расположены очень близко друг к другу, могут возникнуть взаимные помехи, что приведет к увеличению выходного шумового напряжения. Чтобы избежать таких взаимных помех, могут быть приняты меры экранирования или они могут быть сохранены на определенном расстоянии, чтобы уменьшить взаимные помехи.

Например, когда два модуля режима переключения K7805-500 включены в выходной источник питания ±5 В, если два модуля расположены очень близко друг к другу, выходная емкость C4 и C2 не соответствует емкости с низким ESR, а сварочная часть находится относительно далеко от выходной клеммы, существует вероятность того, что волна пульсаций и шумовое напряжение возрастут из-за взаимных помех, как показано на рисунке ниже. проектирование печатной платы таким образом, чтобы уменьшить взаимные помехи и влияние схемы помех на импульсный источник питания.

Добавление LC-фильтра в источник питания

Эффект сдерживания LC-фильтром волны пульсации шума относительно значителен. Соответствующая емкость индуктивности должна быть выбрана в соответствии с частотой выходных пульсаций, чтобы составить схему фильтра. Как правило, это может хорошо уменьшить пульсацию волны. Чтобы уменьшить пульсацию и шум источника питания модуля, LC-фильтр может быть оснащен входными и выходными клеммами модуля постоянного/постоянного тока.

В таблице 1 и таблице 2 указаны значения емкости V _{Клемма IN} и клемма V _OUT модуля постоянного/постоянного тока мощностью 1 Вт при различных выходных напряжениях. Важно отметить, что емкость не должна быть слишком высокой, чтобы избежать проблем с запуском. Резонансная частота LC должна смещать частоту переключения, чтобы избежать взаимных помех. L принимает полярность мкГн. Его сопротивление постоянному току должно быть низким, чтобы не влиять на точность выходного напряжения.

Модуль постоянного/постоянного тока с одним выходом (таблица 1)
В В	С В	В ВЫХОД	С ВЫХОД
5В	4,7 мкФ	5В	10 мкФ
12 В	2,2 мкФ	9В	4,7 мкФ
24 В	1 мкФ	12 В	2,2 мкФ
/	/	15 В	1 мкФ

Модуль постоянного/постоянного тока с двумя выходами (таблица 2)
В В	С В	В ВЫХОД	С ВЫХОД
5В	4,7 мкФ	5В	4,7 мкФ
12 В	2,2 мкФ	9В	2,2 мкФ
24 В	1 мкФ	12 В	1 мкФ
/	/	15 В	0,4 мкФ

Добавление LDO после переключения выхода источника питания. схема, имеющая особые требования к шуму (см. рисунок ниже). Выходной шум может достигать класса мкВ.
Поскольку падение напряжения LDO (значение разницы между входным и выходным напряжениями) составляет всего несколько сотен мВ, стандартное напряжение может быть установлено, если выход импульсного источника питания на несколько сотен мВ выше, чем у LDO, и потери не велики. Что касается волны пульсаций переключения в несколько сотен кГц, сдерживающий эффект LDO очень хороший. Однако в области высоких частот эффект LDO не так идеален.

Добавление активного фильтра электромагнитных помех и активного аттенюатора выходных пульсаций

Активный фильтр электромагнитных помех может уменьшать шум синфазного и дифференциального режима в диапазоне 150 кГц ~ 30 МГц, и он особенно эффективен для подавления низкочастотного шума. На частоте 250 кГц он может заглушать синфазный шум на 60 дБ и дифференциальный шум на 80 дБ. При полной нагрузке КПД может достигать 99%.