Vad är transient respons?

En idealisk effektomvandlare behöver hålla en stabil utspänning, oavsett hur belastningen ändras. I applikationer kommer dock utgångsbelastningssteget att påverka utspänningen. Till exempel är mängden förändring av utspänningen uppmätt för olika laster i stationärt tillstånd lastregleringen. När belastningen ändras i ett övergående tillstånd är det nödvändigt att överväga överskridandet, underskottet och återhämtningstiden för utspänningen. Dessa tre indikatorer är alla beroende av omvandlarens kompensationssystem. Den här artikeln kommer att introducera uppkomstprocessen för transientsvar och de faktorer som påverkar transientsvaret och observera förändringarna i utspänningen under olika förhållanden genom faktisk vågformsmätning, och ge förslag på förbättringar.

1. Övergående respons

När belastningen ändras omedelbart, kommer utspänningen att producera en reaktion. Med andra ord, processen att återgå till det inställda värdet efter att utspänningen stiger eller faller, vilket kallas transientsvaret.

Följande är effektomvandlaren som används för att analysera hur det transienta svaret uppstår. Figur 1 är ett schematiskt kretsschema för effektomvandlaren. Och figur 2 visar processen att när lastströmmen från lätt till tung reagerar utspänning och induktorström samtidigt. Under de nuvarande förändringarna kan kapacitansen inte betraktas som en idealisk kondensator, så parasitiska element måste beaktas, inklusive ekvivalent serieresistans (ESR) och ekvivalent serieinduktans (ESL).

När belastningssteget och utströmmen ökar omedelbart kan omvandlaren inte svara för att ge tillräckligt med ström omedelbart. Så utgångskondensatorn laddas ur för att kompensera för bristen på utgångsström, och ESR och ESL för utgångskondensatorn kommer att få spänningen över utgångskondensatorn att sjunka. ESR orsakar ett spänningsfall och är positivt korrelerad med graden av belastningsändring. ESL minskar spänningen på båda sidor av utgångskondensatorn och genererar spikar. Enligt induktansens egenskaper är spikarna som genereras av ESL relaterade till belastningstransienttiden. Om ju snabbare belastningen stiger, desto större genererar spänningsspikar.

När spänningsfallet detekteras av felförstärkaren kommer återkopplingssystemet att öka spänningen på kompensatorn och öka påslagningstiden för omkopplaren Q1. Så att induktorströmmen stiger för att möta den ökade belastningsströmmen, och kondensatorn börjar laddas. Utspänningen tenderar att bli stabil.

Transientsvarstestet kan förstå stabiliteten hos omvandlarens utspänning. Effektomvandlarens specifikationer har vanligtvis definierat transientsvarstiden och toleransen för utspänningen. Det måste noteras under mätningen att lasttransienttiden bör mycket kortare än den transienta återhämtningstiden, och perioden för lasttransienten måste vara större än återhämtningstiden för omvandlaren, annars kan stabilitetsproblemet inte visas på vågformen.

Följande figur visar en typisk transientsvarsvågform. I det här fallet är utgången 12VDC, belastningen är från 75% till 100% till 75%, den maximala spänningsändringen är 100mV, vilket motsvarar 0.8% av utspänningen, och återställningstiden är 250ms. Processen för spänningstransientåtervinning är en jämn kurva som visar stabila kretsegenskaper.

2. Faktorerna påverkar det transienta svaret

I det allmänna styrsystemet påverkar flera faktorer prestandan för transientsvar. Först och främst har komponenterna som används i hela slingan, såsom optisk koppling, dioder och transformatorer, fördröjningstid. Det betyder att när belastningen ändras kommer omvandlaren att börja reagera efter den minsta fördröjningstiden. Denna minsta fördröjningstid representerar inte den transienta svarstiden, utan endast en liten del av den.

De viktigaste faktorerna som påverkar det transienta svaret som kompensationsnivån för den interna felförstärkaren. Felförstärkaren används för att justera PWM (Pulse Width Modulation), och PWM modulerar transistorns på-tid för att svara på förändringen i utspänningen. Och bandbredden på kontrollslingan kommer att påverka justeringshastigheten. När bandbredden är större kan belastningstransienten justeras snabbare.

Två faktorer påverkar det transienta svaret i yttre förhållanden. En är utgångskapacitansen. Om kapacitansen är stor kan under- eller överskridandet av utspänningen minska, men återhämtningstiden kommer att öka. Den andra är storleken på förändringen och förändringshastigheten för belastningsströmmen. När belastningsströmmen stiger eller faller långsamt är toppvärdet på utspänningen litet. Dessutom, när storleken på belastningssteget ökar, kommer utspänningen att stiga eller falla kraftigt.

3. Vågformen

• Olika kapacitanser

När belastningssteget är fixerat (50 % till 100 % belastning), är den enda förändringen kapacitansvärdet för utgångskondensatorn. Den kan veta från följande tre vågformer att ju större kapacitansen är, desto mindre variation är utgångsspänningen, men återhämtningstiden kommer att öka.

• Olika storlek på belastningssteg

När utgångskapacitansen är fixerad (100uF) är den enda skillnaden storleken på belastningsstegsändringen. När belastningssteget är 25 % belastning (från 75 % till 100 %) är underskottet för utspänningen 50 mV och återhämtningstiden är 200 us. Sedan visar figur 8 och 9 att belastningssteget ökar till 50 % och 75 % belastning, det gör att underskottsspänningen blir större och återhämtningstiden behöver längre.

• Olika belastningsförändringar

Följande figurer nedan visar att olika belastningshastigheter ändras. Ju snabbare belastningsströmmen stiger eller faller, desto större är utgångsspänningens under- eller översvängning. Däremot resulterar det långsammare belastningssteget desto mindre utspänningsändring.

4. Förbättrad metod

• Lägg till utgångskondensator

För att uppnå en stabil utspänning ökade det enklaste sättet utgångskapacitansen, men ESR och ESL måste fortfarande övervägas. Keramiska kondensatorer har låg ESR och är också ett bättre val för att minska spänningstransienter. Generellt placeras keramiska kondensatorer nära belastningsänden av den faktiska applikationen. Förutom att reducera spänningstransienter undviker den även svängningar i omvandlarens styrslinga. Dessutom kan du lägga till en elektrolytisk kondensator nära utgången på omvandlaren. När det finns ett belastningssteg kommer elektrolytkondensatorn att reagera snabbt i inledningsskedet så att återkopplingskretsen kan reagera snabbare, vilket är till hjälp i långsamma återkopplingskretsar.

 

• Layoutförslag

Under dynamiska belastningar kan avståndet mellan omvandlaren och lasten påverka kvaliteten på uteffekten. Och parasitresistansen och induktansen på banan kommer att orsaka ett utspänningsfall och resultera i dålig belastningsreglering. Så omvandlaren och lasten måste placeras så nära som möjligt. För att minska effekten av belastningstransientsvar ökar i allmänhet utgångskapacitansen för att minska utgångsspänningssvaret, och kondensatorernas position är mest effektiv i huvudströmvägen.

5. Sammanfattning

Med marknadstrenden tenderar många elektroniska produkter att kräva snabbare och större ström. I valet av kraftomvandlare är produkterna med stabil utspänning mer populära. Transientsvarstestet kan förstå stabiliteten hos reglerslingan, belastningsregleringen, den transienta återhämtningstiden och ringsignalen. Efter att ha förstått faktorerna som påverkar det transienta svaret, kan den mest lämpliga förbättringsmetoden hitta för att få en mer stabil effektomvandlare.

 

 

CTC är en professionell tjänsteleverantör för avancerade strömförsörjningsmoduler (AC till DC-omvandlare och DC till DC-omvandlare) för kritiska applikationer över hela världen sedan 30 år tillbaka. Vår kärnkompetens är att designa och leverera produkter med ledande teknologier, konkurrenskraftiga priser, extremt flexibel ledtid, global teknisk service och högkvalitativ tillverkning (Made In Taiwan).

CTC är det enda företaget som är certifierat med ISO-9001, IATF-16949, ISO22613(IRIS) och ESD/ANSI-2020. Vi kan till 100 % säkerställa inte bara produkten utan också vårt arbetsflöde och service för att matcha kvalitetsledningssystem för varje avancerad applikation från allra första början. Från design till tillverkning och teknisk support, varje detalj drivs enligt högsta standard.

Lämna ett meddelande 

meddelande~~POS=TRUNC