پاسخ گذرا چیست؟

یک مبدل قدرت ایده آل نیاز به حفظ ولتاژ خروجی ثابت دارد، صرف نظر از اینکه بار چگونه تغییر می کند. با این حال، در برنامه های کاربردی، مرحله بار خروجی بر ولتاژ خروجی تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، مقدار تغییر ولتاژ خروجی اندازه گیری شده برای بارهای مختلف در حالت پایدار، تنظیم بار است. هنگامی که بار در یک حالت گذرا تغییر می کند، لازم است که ولتاژ خروجی بیش از حد، کاهش و زمان بازیابی ولتاژ در نظر گرفته شود. این سه نشانگر همگی به سیستم جبرانی مبدل متکی هستند. این مقاله به معرفی فرآیند وقوع پاسخ گذرا و عوامل موثر بر پاسخ گذرا و مشاهده تغییرات ولتاژ خروجی در شرایط مختلف از طریق اندازه‌گیری شکل موج واقعی می‌پردازد و پیشنهاداتی برای بهبود ارائه می‌کند.

1. پاسخ گذرا

هنگامی که بار بلافاصله تغییر می کند، ولتاژ خروجی یک واکنش ایجاد می کند. به عبارت دیگر فرآیند بازگشت به مقدار تنظیم شده پس از افزایش یا کاهش ولتاژ خروجی که به آن پاسخ گذرا می گویند.

در زیر مبدل قدرت برای تجزیه و تحلیل چگونگی وقوع پاسخ گذرا استفاده می شود. شکل 1 نمودار مدار شماتیک مبدل قدرت است. و شکل 2 روندی را نشان می دهد که وقتی جریان بار از سبک به سنگین، ولتاژ خروجی و جریان سلف همزمان واکنش می دهند. تحت تغییرات فعلی، ظرفیت خازن را نمی توان به عنوان یک خازن ایده آل در نظر گرفت، بنابراین عناصر انگلی باید در نظر گرفته شوند، از جمله مقاومت سری معادل (ESR) و اندوکتانس سری معادل (ESL).

هنگامی که مرحله بارگذاری و جریان خروجی فورا افزایش می یابد، مبدل نمی تواند پاسخ دهد تا جریان کافی را بلافاصله ارائه دهد. بنابراین خازن خروجی تخلیه می شود تا کمبود جریان خروجی را جبران کند و ESR و ESL خازن خروجی باعث کاهش ولتاژ در خازن خروجی می شود. ESR باعث افت ولتاژ می شود و با درجه تغییر بار همبستگی مثبت دارد. ESL ولتاژ هر دو طرف خازن خروجی را کاهش می دهد و اسپک ایجاد می کند. با توجه به ویژگی های اندوکتانس، سنبله های تولید شده توسط ESL با زمان گذرا بار مرتبط هستند. اگر بار سریعتر افزایش یابد، افزایش ولتاژ افزایش می یابد.

هنگامی که افت ولتاژ توسط تقویت کننده خطا تشخیص داده می شود، سیستم فیدبک ولتاژ جبران کننده را افزایش می دهد و زمان روشن شدن سوئیچ Q1 را افزایش می دهد. به طوری که جریان سلف برای پاسخگویی به جریان بار افزایش یافته افزایش می یابد و خازن شروع به شارژ می کند. ولتاژ خروجی تمایل به پایداری دارد.

تست پاسخ گذرا می تواند پایداری ولتاژ خروجی مبدل را درک کند. مشخصات مبدل قدرت معمولاً زمان پاسخ گذرا و تحمل ولتاژ خروجی را مشخص می کند. در طول اندازه‌گیری باید توجه داشت که زمان گذرا باید بسیار کوتاه‌تر از زمان بازیابی گذرا باشد و دوره گذر بار باید بیشتر از زمان بازیابی مبدل باشد، در غیر این صورت مشکل پایداری نمی‌تواند روی شکل موج نمایش داده شود.

شکل زیر یک شکل موج پاسخ گذرا را نشان می دهد. در این حالت، خروجی 12VDC، بار از 75٪ تا 100٪ تا 75٪، حداکثر تغییر ولتاژ 100 میلی ولت است که معادل 0.8٪ ولتاژ خروجی است و زمان بازیابی 250 میلی ثانیه است. فرآیند بازیابی گذرا ولتاژ یک منحنی صاف است که ویژگی های مدار پایدار را نشان می دهد.

2. عوامل بر پاسخ گذرا تأثیر می گذارند

در سیستم کنترل عمومی، عوامل متعددی بر عملکرد پاسخ گذرا تأثیر می‌گذارند. اول از همه، اجزای مورد استفاده در کل حلقه مانند کوپلینگ نوری، دیودها و ترانسفورماتورها دارای زمان تاخیر هستند. به این معنی که با تغییر بار، مبدل پس از حداقل زمان تاخیر شروع به واکنش می کند. این حداقل زمان تاخیر نشان دهنده زمان پاسخ گذرا نیست، بلکه تنها بخش کوچکی از آن را نشان می دهد.

عوامل اصلی که بر پاسخ گذرا تأثیر می گذارد مانند سطح جبران تقویت کننده خطای داخلی. تقویت کننده خطا برای تنظیم PWM (مدولاسیون عرض پالس) استفاده می شود و PWM زمان روشن ترانزیستور را برای پاسخ به تغییر ولتاژ خروجی تعدیل می کند. و پهنای باند حلقه کنترل بر سرعت تنظیم تأثیر می گذارد. هنگامی که پهنای باند بزرگتر است، بار گذرا می تواند سریعتر تنظیم شود.

دو عامل بر پاسخ گذرا در شرایط خارجی تأثیر می گذارد. یکی ظرفیت خروجی است. اگر ظرفیت خازنی زیاد باشد، کاهش یا بیش از حد ولتاژ خروجی می تواند کاهش یابد، اما زمان بازیابی افزایش می یابد. دومی، میزان تغییر و نرخ تغییر جریان بار است. هنگامی که جریان بار به آرامی افزایش یا کاهش می یابد، مقدار پیک ولتاژ خروجی کوچک است. علاوه بر این، هنگامی که بزرگی پله بار افزایش می یابد، ولتاژ خروجی به شدت افزایش یا کاهش می یابد.

3. شکل موج

• ظرفیت خازنی متفاوت است

هنگامی که مرحله بار ثابت است (50٪ تا 100٪ بار)، تنها تغییر مقدار ظرفیت خازن خروجی است. از سه شکل موج زیر می توان فهمید که هرچه ظرفیت خازن بزرگتر باشد، تغییرات ولتاژ خروجی کمتر است، اما زمان بازیابی افزایش می یابد.

• قدر متفاوت پله بار

هنگامی که ظرفیت خروجی ثابت است (100uF)، تنها تفاوت در میزان تغییر پله بار است. هنگامی که مرحله بار 25٪ بار (از 75٪ تا 100٪) باشد، ولتاژ خروجی کمتر از 50 میلی ولت است و زمان بازیابی 200 مایل است. سپس شکل 8 و 9 نشان می دهد که گام بارگذاری به 50% و 75% بار افزایش می یابد، ولتاژ undershoot بزرگتر می شود و زمان بازیابی به زمان بیشتری نیاز دارد.

• نرخ های مختلف تغییر بار

شکل های زیر نشان می دهد که نرخ متفاوت بار تغییر می کند. هر چه جریان بار سریعتر افزایش یا کاهش یابد، ولتاژ خروجی کمتر یا بیش از حد بزرگتر است. در مقابل، سرعت بارگذاری کندتر باعث تغییر ولتاژ خروجی کمتر می شود.

4. روش بهبود یافته

• خازن خروجی اضافه کنید

برای دستیابی به ولتاژ خروجی پایدار، ساده ترین راه باعث افزایش ظرفیت خروجی می شود، اما ESR و ESL هنوز باید در نظر گرفته شوند. خازن های سرامیکی ESR پایینی دارند و همچنین برای کاهش ولتاژ گذرا انتخاب بهتری هستند. به طور کلی، خازن های سرامیکی نزدیک به انتهای بار کاربرد واقعی قرار می گیرند. علاوه بر کاهش گذرای ولتاژ، از نوسانات در حلقه کنترل مبدل نیز جلوگیری می کند. علاوه بر این، می توانید یک خازن الکترولیتی در نزدیکی خروجی مبدل اضافه کنید. هنگامی که یک مرحله بار وجود دارد، خازن الکترولیتی در مرحله اولیه به سرعت واکنش نشان می دهد تا مدار بازخورد سریعتر پاسخ دهد، که در مدارهای پاسخ بازخورد کند مفید است.

 

• پیشنهاد چیدمان

تحت بارهای دینامیکی، فاصله بین مبدل و بار ممکن است بر کیفیت توان خروجی تأثیر بگذارد. و مقاومت انگلی و اندوکتانس در مسیر باعث افت ولتاژ خروجی و در نتیجه تنظیم ضعیف بار می شود. بنابراین مبدل و بار باید تا حد امکان به هم نزدیک شوند. برای کاهش اثر پاسخ گذرا بار، به طور کلی، ظرفیت خروجی افزایش می‌یابد تا پاسخ ولتاژ خروجی کاهش یابد و موقعیت خازن‌ها در مسیر جریان اصلی مؤثرتر است.

5. خلاصه

با روند بازار، بسیاری از محصولات الکترونیکی به جریان سریعتر و بزرگتری نیاز دارند. در انتخاب مبدل های قدرت، محصولات با ولتاژ خروجی پایدار محبوبیت بیشتری دارند. تست پاسخ گذرا می تواند پایداری حلقه کنترل، تنظیم بار، زمان بازیابی گذرا و زنگ را درک کند. پس از درک عواملی که بر پاسخ گذرا تأثیر می‌گذارند، می‌توان مناسب‌ترین روش بهبود را برای دستیابی به مبدل توان پایدارتر پیدا کرد.

 

 

CTC یک ارائه دهنده خدمات حرفه ای برای ماژول های منبع تغذیه پیشرفته (مبدل AC به DC و تبدیل DC به DC) برای کاربردهای حیاتی در سراسر جهان از 30 سال پیش است. شایستگی اصلی ما طراحی و ارائه محصولات با فناوری های پیشرو، قیمت رقابتی، زمان تحویل بسیار انعطاف پذیر، خدمات فنی جهانی و تولید با کیفیت بالا (ساخت تایوان) است.

CTC تنها شرکتی است که دارای گواهینامه ISO-9001، IATF-16949، ISO22613 (IRIS) و ESD/ANSI-2020 است. ما می توانیم 100٪ نه تنها محصول، بلکه گردش کار و خدمات خود را برای مطابقت با سیستم مدیریت کیفیت برای هر برنامه پیشرفته از همان ابتدا تضمین کنیم. از طراحی گرفته تا ساخت و پشتیبانی فنی، تک تک جزئیات تحت بالاترین استانداردها کار می کنند.

ترک یک پیام 

فهرست پیام