يُعرف تموج التيار الكهربائي، أو ببساطة التموج، بأنه التذبذب الدوري للجهد أو التيار في مصدر الطاقة. ويُشكل هذا التذبذب تهديدًا محتملاً لاستقرار تشغيل الأجهزة الكهربائية. إذ يُمكن أن يُؤدي التموج المفرط في مصدر الطاقة إلى تقليل كفاءة تحويل الطاقة في النظام، وزيادة توليد الحرارة، وفي الحالات الشديدة، إلى عدم استقرار النظام أو حتى تلف الرقاقة الإلكترونية. لذلك، عند تصميم دائرة خفض الجهد (BUCK)، يجب اتخاذ تدابير لتقليل تموج التيار الكهربائي لضمان استقرار النظام.
فيما يلي بعض الطرق الشائعة لتقليل تموج مصدر الطاقة في محول BUCK:
وفقًا لمعادلة مصادر الطاقة التبديلية، يتناسب مقدار تذبذب التيار داخل المحث عكسيًا مع قيمة الحث، ويتناسب تموج الخرج عكسيًا مع قيمة سعة الخرج. لذا، فإن زيادة قيمتي الحث وسعة الخرج يمكن أن تقلل من التموج.
الشكل 1: تيار المحث
يوضح الشكل 1 أعلاه شكل موجة التيار داخل المحث L لمصدر طاقة تبديلي. يمكن حساب تيار التموج ΔI باستخدام الصيغة التالية. بناءً على توازن الفولت-ثانية ومعاملات أخرى، يتضح أن زيادة قيمة المحث L أو زيادة تردد التبديل يقلل من تذبذب التيار داخل المحث. وبالمثل، فإن العلاقة بين تموج الخرج وسعة الخرج هي: Vripple = Imax/(Co × fsw). يتضح أن زيادة قيمة سعة الخرج تقلل من التموج.
تُستخدم عادةً مكثفات الألومنيوم الإلكتروليتية كمكثف خرج لتحقيق سعة كبيرة. مع ذلك، لا تُعدّ المكثفات الإلكتروليتية فعّالة جدًا في كبح الضوضاء عالية التردد، كما أن مقاومتها الداخلية المكافئة (ESR) عالية نسبيًا. لذا، يُوصل مكثف خزفي بالتوازي معها لتعويض أوجه القصور في مكثفات الألومنيوم الإلكتروليتية.
عند تشغيل مصدر طاقة تبديلي، يظل جهد الدخل (Vin) ثابتًا، بينما يتغير التيار بتغير وضع المفتاح. عند بدء تشغيل مصدر الطاقة أو عند تغير الحمل فجأة، يلزم وجود مكثف دخل كمخزون طاقة مؤقت لتعويض الانخفاض اللحظي في جهد الدخل. عادةً، يُوصل مكثف بالتوازي بالقرب من طرف دخل التيار (بالقرب من المفتاح في محول باك) لتوفير التيار. كما يعمل مكثف الدخل على كبح التموج والتداخل الكهرومغناطيسي (EMI) من مصدر الطاقة السابق.
بعد اعتماد الحل المذكور أعلاه، يظهر مصدر الطاقة ذو التبديل من نوع BUCK في الشكل أدناه:
الشكل 2: طوبولوجيا BUCK
إن الطريقة المذكورة أعلاه لها تأثير محدود على تقليل التموج. فبسبب قيود الحجم، لا يمكن تصنيع ملف الحث بحجم كبير جدًا؛ كما أن زيادة سعة مكثف الخرج إلى حد معين ليس لها تأثير يُذكر على تقليل التموج؛ وزيادة تردد التبديل ستزيد من خسائر التبديل.
تُعدّ مرشحات LC فعّالة في كبح الضوضاء والتموج. باختيار المحاثات والمكثفات المناسبة لتصميم دائرة المرشح بناءً على تردد التموج المراد إزالته، يمكن تقليل التموج بشكل ملحوظ. مع ذلك، في هذه الحالة، يجب مراعاة نقطة أخذ العينات لجهد مقارنة التغذية الراجعة.
الشكل 3
سيؤدي اختيار نقطة أخذ العينات قبل مرشح LC (Pa) إلى انخفاض في جهد الخرج. ويعود ذلك إلى أن أي محث له مقاومة تيار مستمر، وعند مرور تيار كهربائي، يحدث انخفاض في الجهد عبر المحث، مما يؤدي إلى انخفاض جهد خرج وحدة التغذية. علاوة على ذلك، يتغير هذا الانخفاض في الجهد بتغير تيار الخرج. أما اختيار نقطة أخذ العينات بعد مرشح LC (Pb) فسيؤدي إلى الحصول على جهد الخرج المطلوب. مع ذلك، يُدخل هذا محثًا ومكثفًا إلى نظام التغذية، مما قد يؤثر على استقرار الدائرة.
يُعدّ مزيج BUCK+LDO الأكثر شيوعًا، وهو الطريقة الأكثر فعالية لتقليل التموج والضوضاء. فهو يوفر جهد خرج ثابتًا دون الحاجة إلى تغييرات في نظام التغذية الراجعة الأصلي، ولكنه يُقلل أيضًا من كفاءة نظام إمداد الطاقة بشكل عام، كما أنه الأكثر تكلفة. يُعدّ PSRR (نسبة رفض إمداد الطاقة) مقياسًا رئيسيًا لمنظمات الجهد الخطي المنخفض (LDO)، حيث يُحدد مدى انتقال التغيرات في مدخل الطاقة إلى الخرج. بعد مرور الجهد عبر منظم الجهد الخطي المنخفض، يكون تموج التبديل عادةً أقل من 10 مللي فولت.
يُعد تصميم لوحة الدوائر المطبوعة لمصدر الطاقة ذي التبديل أمرًا بالغ الأهمية لتقليل التموج. فوضع المكونات بشكل غير صحيح، أو التأريض غير المناسب، أو وجود مسارات حرجة بالقرب من المنطقة الحساسة للتبديل، قد يؤدي إلى زيادة التموج والضوضاء عالية التردد.
Xml سياسة الخصوصية مدونة خريطة الموقع
حقوق الطبع والنشر @ شركة مايكرو ماجيك جميع الحقوق محفوظة.
الشبكة المدعومة
بالعربية
