Co to jest odpowiedź przejściowa?

Idealny konwerter mocy musi utrzymywać stabilne napięcie wyjściowe, niezależnie od zmian obciążenia. Jednak w aplikacjach krok obciążenia wyjściowego będzie miał wpływ na napięcie wyjściowe. Na przykład wielkość zmiany napięcia wyjściowego mierzonego dla różnych obciążeń w stanie ustalonym jest regulacją obciążenia. Gdy obciążenie zmienia się w stan nieustalony, konieczne jest uwzględnienie przeregulowania, niedoregulowania i czasu powrotu napięcia wyjściowego. Wszystkie te trzy wskaźniki opierają się na systemie kompensacji konwertera. W tym artykule przedstawimy proces występowania odpowiedzi przejściowej oraz czynniki, które wpływają na odpowiedź nieustaloną, a także obserwację zmian napięcia wyjściowego w różnych warunkach poprzez rzeczywisty pomiar przebiegu oraz przedstawimy sugestie dotyczące ulepszeń.

1. Odpowiedź przejściowa

Gdy obciążenie zmienia się natychmiast, napięcie wyjściowe spowoduje reakcję. Innymi słowy, proces powrotu do wartości zadanej po wzroście lub spadku napięcia wyjściowego, który nazywamy reakcją przejściową.

Poniżej znajduje się konwerter mocy używany do analizy przebiegu przejściowej odpowiedzi. Rysunek 1 jest schematycznym schematem obwodu konwertera mocy. A rysunek 2 pokazuje proces, w którym gdy prąd obciążenia od niskiego do dużego, napięcie wyjściowe i prąd cewki reagują w tym samym czasie. Przy obecnych zmianach pojemność nie może być uważana za kondensator idealny, dlatego należy wziąć pod uwagę elementy pasożytnicze, w tym równoważną rezystancję szeregową (ESR) i równoważną indukcyjność szeregową (ESL).

Gdy skok obciążenia i prąd wyjściowy natychmiast wzrosną, konwerter nie może natychmiast zareagować, aby zapewnić wystarczającą ilość prądu. Tak więc kondensator wyjściowy rozładowuje się, aby zrekompensować brak prądu wyjściowego, a ESR i ESL kondensatora wyjściowego spowodują spadek napięcia na kondensatorze wyjściowym. ESR powoduje spadek napięcia i jest dodatnio skorelowany ze stopniem zmiany obciążenia. ESL zmniejsza napięcie po obu stronach kondensatora wyjściowego i generuje impulsy. Zgodnie z charakterystyką indukcyjności, impulsy generowane przez ESL są powiązane z czasem przejściowym obciążenia. Im szybciej rośnie obciążenie, tym większe są skoki napięcia.

Gdy spadek napięcia zostanie wykryty przez wzmacniacz błędu, układ sprzężenia zwrotnego zwiększy napięcie kompensatora i wydłuży czas załączenia przełącznika Q1. Aby prąd cewki indukcyjnej wzrósł, aby sprostać zwiększonemu prądowi obciążenia, a kondensator zaczął się ładować. Napięcie wyjściowe jest stabilne.

Test odpowiedzi przejściowej może zrozumieć stabilność napięcia wyjściowego konwertera. Specyfikacje konwertera mocy zwykle określały czas odpowiedzi przejściowej i tolerancję napięcia wyjściowego. Podczas pomiaru należy zauważyć, że czas przejściowy obciążenia powinien być znacznie krótszy niż czas powrotu obciążenia, a okres przejściowy obciążenia musi być dłuższy niż czas powrotu przetwornika, w przeciwnym razie problem ze stabilnością nie może zostać wyświetlony na przebiegu.

Poniższy rysunek przedstawia typowy kształt fali odpowiedzi przejściowej. W tym przypadku wyjście wynosi 12VDC, obciążenie wynosi od 75% do 100% do 75%, maksymalna zmiana napięcia wynosi 100mV, co odpowiada 0.8% napięcia wyjściowego, a czas powrotu wynosi 250ms. Proces powrotu napięcia nieustalonego jest krzywą gładką, wykazującą stabilną charakterystykę obwodu.

2. Czynniki wpływają na odpowiedź przejściową

W ogólnym systemie sterowania na wydajność odpowiedzi przejściowej wpływa kilka czynników. Przede wszystkim elementy użyte w całej pętli, takie jak sprzężenie optyczne, diody i transformatory, mają czas opóźnienia. Oznacza to, że przy zmianie obciążenia konwerter rozpocznie reakcję po minimalnym czasie opóźnienia. Ten minimalny czas opóźnienia nie reprezentuje czasu odpowiedzi przejściowej, a jedynie niewielką jego część.

Główne czynniki wpływające na odpowiedź przejściową, takie jak poziom kompensacji wewnętrznego wzmacniacza błędu. Wzmacniacz błędu służy do regulacji PWM (modulacji szerokości impulsu), a PWM moduluje czas włączenia tranzystora w odpowiedzi na zmianę napięcia wyjściowego. A szerokość pasma pętli sterującej wpłynie na szybkość regulacji. Gdy przepustowość jest większa, przejściowe obciążenia mogą się szybciej dostosowywać.

Na reakcję przejściową w warunkach zewnętrznych wpływają dwa czynniki. Jednym z nich jest pojemność wyjściowa. Jeśli pojemność jest duża, niedoregulowanie lub przeregulowanie napięcia wyjściowego może się zmniejszyć, ale czas regeneracji wzrośnie. Drugi to wielkość zmiany i szybkość zmian prądu obciążenia. Gdy prąd obciążenia powoli rośnie lub spada, szczytowa wartość napięcia wyjściowego jest niewielka. Ponadto, gdy wzrasta wielkość kroku obciążenia, napięcie wyjściowe gwałtownie wzrośnie lub spadnie.

3. Przebieg

• Różne pojemności

Gdy krok obciążenia jest stały (od 50% do 100% obciążenia), jedyną zmianą jest wartość pojemności kondensatora wyjściowego. Z poniższych trzech przebiegów może wiedzieć, że im większa jest pojemność, tym mniejsze wahania napięcia wyjściowego, ale czas przywracania wzrośnie.

• Różna wielkość kroku obciążenia

Gdy pojemność wyjściowa jest stała (100uF), jedyną różnicą jest wielkość zmiany skoku obciążenia. Gdy stopień obciążenia wynosi 25% obciążenia (od 75% do 100%), niedoregulowanie napięcia wyjściowego wynosi 50mV, a czas przywracania wynosi 200us. Następnie rysunki 8 i 9 pokazują, że skok obciążenia wzrasta do 50% i 75% obciążenia, co powoduje, że napięcie niedoregulowania jest większe, a czas przywracania wymaga dłuższego.

• Różne tempo zmiany obciążenia

Poniższe rysunki pokazują, że zmienia się różne tempo zmian obciążenia. Im szybciej rośnie lub spada prąd obciążenia, tym większe jest niedoregulowanie lub przeregulowanie napięcia wyjściowego. W przeciwieństwie do tego, wolniejszy krok obciążenia skutkuje mniejszą zmianą napięcia wyjściowego.

4. Ulepszona metoda

• Dodaj kondensator wyjściowy

Aby osiągnąć stabilne napięcie wyjściowe, najprościej zwiększyć pojemność wyjściową, ale ESR i ESL nadal muszą być brane pod uwagę. Kondensatory ceramiczne mają niski ESR i są również lepszym wyborem do redukcji nieustalonych napięć. Ogólnie rzecz biorąc, kondensatory ceramiczne są umieszczane blisko końca obciążenia rzeczywistej aplikacji. Oprócz redukcji nieustalonych przebiegów napięcia, pozwala również uniknąć oscylacji w pętli sterowania przekształtnika. Poza tym możesz dodać kondensator elektrolityczny w pobliżu wyjścia konwertera. Gdy występuje krok obciążenia, kondensator elektrolityczny zareaguje szybko w początkowej fazie, dzięki czemu obwód sprzężenia zwrotnego będzie mógł reagować szybciej, co jest pomocne w obwodach powolnej odpowiedzi na sprzężenie zwrotne.

 

• Propozycja układu

Przy obciążeniach dynamicznych odległość między przetwornikiem a obciążeniem może wpływać na jakość mocy wyjściowej. A pasożytnicza rezystancja i indukcyjność na ścieżce spowodują spadek napięcia wyjściowego i słabą regulację obciążenia. Tak więc konwerter i obciążenie muszą być umieszczone jak najbliżej. Aby zmniejszyć efekt odpowiedzi przejściowej obciążenia, ogólnie pojemność wyjściowa jest zwiększana w celu zmniejszenia odpowiedzi napięcia wyjściowego, a położenie kondensatorów jest najbardziej efektywne w głównej ścieżce prądu.

5. Streszczenie

Wraz z trendem rynkowym wiele produktów elektronicznych wymaga szybszego i większego prądu. W doborze przetwornic mocy coraz większą popularnością cieszą się produkty o stabilnym napięciu wyjściowym. Test odpowiedzi przejściowej może zrozumieć stabilność pętli sterowania, regulację obciążenia, czas powrotu do stanu przejściowego i dzwonienie. Po zrozumieniu czynników, które wpływają na odpowiedź przejściową, można znaleźć najbardziej odpowiednią metodę poprawy, aby uzyskać bardziej stabilny konwerter mocy.

 

 

CTC od 30 lat jest profesjonalnym dostawcą usług dla wysokiej klasy modułów zasilających (przetwornice AC na DC i DC na DC) do krytycznych zastosowań na całym świecie. Naszą podstawową kompetencją jest projektowanie i dostarczanie produktów z wiodącymi technologiami, konkurencyjnymi cenami, niezwykle elastycznym czasem realizacji, globalną obsługą techniczną i wysokiej jakości produkcją (Made In Taiwan).

CTC jest jedyną korporacją posiadającą certyfikaty ISO-9001, IATF-16949, ISO22613(IRIS) i ESD/ANSI-2020. Możemy w 100% zapewnić nie tylko produkt, ale także nasz przepływ pracy i obsługę, aby od samego początku dopasować system zarządzania jakością do każdej wysokiej klasy aplikacji. Od projektu po produkcję i wsparcie techniczne, każdy szczegół jest obsługiwany zgodnie z najwyższymi standardami.

Zostaw wiadomość 

Lista komunikatów