Optimalizované uspořádání pracoviště pro měření napájecího zdroje

autor článku: Frederik Dostal, Analog Devices

Otázka: Jak se mohu ujistit, že měřím na spínaném zdroji co nejefektivněji?

RAQ 156 1

 

Odpověď:

Dříve než se konstruktér / konstruktérka obvodů rozhodne pro konkrétní napájecí zdroj, chce jej nejdříve pečlivě vyzkoušet. Katalogový list IO spínaného regulátoru poskytuje cenné informace o tom, jak by se hotový zdroj mohl chovat v reálném životě, stejně jako o tom, jak může být daného chování dosaženo pokaždé při zkouškách obvodu v laboratoři. Obvodové simulace, takové jako prostřednictvím LTspice®, jsou užitečné a mohou posloužit při optimalizaci obvodu. Simulace však nemůže nahradit zkoušky hardwaru vzhledem k tomu, že je obtížné parazitní jevy odhadnout nebo je nasimulovat.

RAQ 156 2

.Obr. 1  Schéma měřicího zapojení spínaného zdroje.

Zdroje jsou tudíž pečlivě zkoušeny v laboratoři. K tomu účelu se používá vlastní prototyp nebo ve většině případů vývojová deska příslušného IO zdroje od výrobce. Při zapojování měřicího obvodu je třeba vzít v úvahu několik bodů. Na obr. 1 je vidět schéma měřicího zapojení. Zkoušená konstrukce je na vstupní straně připojena k napájení a na straně výstupní k zátěži. Zní to pochopitelně velmi banálně, ale na několik detailů je třeba dát pozor.

Minimalizace indukčnosti přívodů

Obr. 1 ukazuje schéma uspořádání pro hodnocení měniče napětí. To co si přejeme zkoušet je chování napájecího obvodu a nikoli vlastnosti propojovacích vodičů mezi laboratorním zdrojem a testovanou deskou, nebo přívodů k zátěži. Ke snížení vlivu propojovacích vodičů je třeba udělat dvě opatření. Zaprvé vodiče by měly být co nejkratší. Krátké vodiče mají nižší indukčnost než vodiče dlouhé. Zadruhé snížením plochy proudové smyčky dosáhneme dalšího snížení parazitní indukčnosti. Samozřejmý způsob jak toho dosáhnout je vodiče zkroutit. V tomto případě závisí plocha proudové smyčky na délce vodičů a tloušťce izolace lanka. Obr. 2 ukazuje propojení zkoušeného měniče kroucenými vodiči pro snížení jejich parazitní indukčnosti.

  RAQ 156 3

Obr. 2  Skutečné uspořádání měřicího pracoviště s krátkými kroucenými vodiči

U zdrojů pracujících na principu spínaných regulátorů se střídavé napětí vyskytuje jak na vstupní, tak i výstupní straně. V závislosti na obvodové topologii se pulzující proud může vyskytovat na vstupní straně, např. u snižujících měničů (kontrolérů s topologií BUCK). Je třeba vyzkoušet chování při startu a za provozu při přechodových dějích na výstupu. Za těchto provozních podmínek propojovací vodiče měřicího zapojení rovněž přenášejí střídavé proudy.

Přidání místního zdroje energie na vstup

Pokud je zdroj zkoušen z hlediska toho, jak rychle dokáže reagovat na výstupní přechodové děje, musí být ve zkoušené konstrukci k dispozici dostatečné množství energie. Zdroj energie na straně vstupní by neměl být omezujícím faktorem. Abychom zajistili, že se to skutečně nestane, doporučuje se připojit na vstup větší sběrací kondenzátor. Ten je na obr. 1 znázorněn zelenou barvou. Toto opatření zajišťuje, aby zkoušky přechodových dějů na výstupu mohly být řádně provedeny.

Při skutečném využití bude zdroj samozřejmě vystaven velmi specifickým podmínkám. Je proto třeba dobře chápat vliv místního zdroje energie připojeného na jeho vstup tak, aby vstupní kondenzátor mohl být správně dimenzován.

Ještě jeden aspekt sběracího kondenzátoru z obr. 1 je třeba vzít v úvahu. Pokud má vstup zdroje být vystaven přechodovým dějům s cílem změření jeho odpovídajícího chování, sběrací kondenzátor by pochopitelně zásadním způsobem zpomalil napěťové přechodové děje z pohledu zkoušeného zdroje. Pro tento druh zkoušek musí být kondenzátor samozřejmě odpojen.

Závěrem můžeme shrnout, že existuje několik věcí, které je třeba vzít v úvahu při zdánlivě jednoduchých úlohách, souvisejících s návrhem zdroje – například připojení obvodu na laboratorním pracovišti. Na napájecí přívody ke zkoušenému obvodu stejně jako na vodiče vedoucí z jeho výstupu musí být nahlíženo jako na střídavé obvody, a tyto kabely by proto měly být co nejkratší a zkroucené pro snížení jejich parazitní indukčnosti. K realizaci tohoto opatření není třeba zvláštního úsilí a díky němu budou výsledky odpovídat tomu, co jsme skutečně chtěli změřit. Pokud nežádoucí vlivy měřícího zapojení omezíme, zvýšíme tak hodnotu naměřených výsledků. Zkušení konstruktéři zdrojů časem vyvinuli metody, které proces vyhodnocování obvodů optimalizují. Pokud se budeme držet všech tipů uvedených v tomto článku, proces vyhodnocování bude mít hladký průběh.