Què és la resposta transitòria?

Un convertidor de potència ideal ha de mantenir una tensió de sortida estable, independentment de com canviï la càrrega. Tanmateix, a les aplicacions, el pas de càrrega de sortida afectarà la tensió de sortida. Per exemple, la quantitat de canvi de la tensió de sortida mesurada per a diferents càrregues en estat estacionari és la regulació de càrrega. Quan la càrrega canvia en un estat transitori, cal tenir en compte la superació, la baixada i el temps de recuperació de la tensió de sortida. Tots aquests tres indicadors es basen en el sistema de compensació del convertidor. Aquest article introduirà el procés d'ocurrència de la resposta transitòria i els factors que afecten la resposta transitòria i s'observarà els canvis en la tensió de sortida en diferents condicions mitjançant la mesura de la forma d'ona real i proporcionarà suggeriments per millorar-la.

1. Resposta transitòria

Quan la càrrega canvia a l'instant, la tensió de sortida produirà una reacció. En altres paraules, el procés de retorn al valor establert després que la tensió de sortida puja o baixa, que s'anomena resposta transitòria.

El següent és el convertidor de potència que s'utilitza per analitzar com es produeix la resposta transitòria. La figura 1 és un esquema del circuit del convertidor de potència. I la figura 2 mostra el procés que quan el corrent de càrrega de lleuger a pesat, la tensió de sortida i el corrent de l'inductor reaccionen al mateix temps. Sota els canvis actuals, la capacitat no es pot considerar un condensador ideal, per la qual cosa s'han de tenir en compte els elements paràsits, inclosa la resistència en sèrie equivalent (ESR) i la inductància en sèrie equivalent (ESL).

Quan el pas de càrrega i el corrent de sortida augmenten a l'instant, el convertidor no pot respondre per proporcionar prou corrent immediatament. Així, el condensador de sortida es descarrega per compensar la manca de corrent de sortida, i l'ESR i l'ESL del condensador de sortida faran que la tensió a través del condensador de sortida cau. L'ESR provoca una caiguda de tensió i es correlaciona positivament amb el grau de canvi de càrrega. ESL redueix la tensió a ambdós costats del condensador de sortida i genera pics. Segons les característiques de la inductància, els pics generats per ESL estan relacionats amb el temps de transició de càrrega. Si com més ràpid augmenta la càrrega, més grans es generen pics de tensió.

Quan l'amplificador d'error detecta la caiguda de tensió, el sistema de retroalimentació augmentarà la tensió del compensador i augmentarà el temps d'encesa de l'interruptor Q1. De manera que el corrent de l'inductor augmenta per satisfer el corrent de càrrega augmentat i el condensador comença a carregar-se. La tensió de sortida tendeix a ser estable.

La prova de resposta transitòria pot comprendre l'estabilitat de la tensió de sortida del convertidor. Les especificacions del convertidor de potència solen tenir definit el temps de resposta transitòria i la tolerància de la tensió de sortida. Durant el mesurament, cal tenir en compte que el temps de transició de càrrega hauria de ser molt més curt que el temps de recuperació del transitori i el període de transició de càrrega ha de ser superior al temps de recuperació del convertidor, en cas contrari, el problema d'estabilitat no es pot mostrar a la forma d'ona.

La figura següent mostra una forma d'ona de resposta transitòria típica. En aquest cas, la sortida és de 12VDC, la càrrega és del 75% al ​​100% al 75%, el canvi de tensió màxim és de 100mV, que equival al 0.8% de la tensió de sortida i el temps de recuperació és de 250ms. El procés de recuperació de la tensió transitòria és una corba suau, que mostra característiques estables del circuit.

2. Els factors afecten la resposta transitòria

En el sistema de control general, diversos factors afecten el rendiment de la resposta transitòria. En primer lloc, els components utilitzats en tot el bucle, com ara l'acoblament òptic, els díodes i els transformadors, tenen temps de retard. Significa que quan la càrrega canvia, el convertidor començarà la reacció després del temps de retard mínim. Aquest temps de retard mínim no representa el temps de resposta transitòria, sinó només una petita part del mateix.

Els principals factors que afecten la resposta transitòria com el nivell de compensació de l'amplificador d'error intern. L'amplificador d'error s'utilitza per ajustar el PWM (modulació d'amplada de pols) i el PWM modula el temps d'encesa del transistor per respondre al canvi en la tensió de sortida. I l'ample de banda del bucle de control afectarà la velocitat d'ajust. Quan l'amplada de banda és més gran, el transitori de càrrega es pot ajustar més ràpidament.

Dos factors afecten la resposta transitòria en condicions externes. Un és la capacitat de sortida. Si la capacitat és gran, es pot reduir la baixada o la superació de la tensió de sortida, però el temps de recuperació augmentarà. El segon és la magnitud del canvi i la velocitat de canvi del corrent de càrrega. Quan el corrent de càrrega puja o baixa lentament, el valor màxim de la tensió de sortida és petit. A més, quan augmenta la magnitud del pas de càrrega, la tensió de sortida augmentarà o baixarà bruscament.

3. La forma d'ona

• Diferent de capacitat

Quan el pas de càrrega està fixat (entre 50% i 100% de càrrega), l'únic canvi és el valor de la capacitat del condensador de sortida. A partir de les tres formes d'ona següents, pot saber que com més gran sigui la capacitat, menys variació de la tensió de sortida, però el temps de recuperació augmentarà.

• Diferent magnitud del pas de càrrega

Quan la capacitat de sortida està fixada (100uF), l'única diferència és la magnitud del canvi de pas de càrrega. Quan el pas de càrrega és del 25% de càrrega (del 75% al ​​100%), la baixada de la tensió de sortida és de 50 mV i el temps de recuperació és de 200 us. A continuació, les figures 8 i 9 mostren que el pas de càrrega augmenta al 50% i al 75% de càrrega, fa que la tensió inferior sigui més gran i el temps de recuperació necessiti més temps.

• Diferent velocitat de canvi de càrrega

Les figures següents mostren que la diferent velocitat de càrrega canvia. Com més ràpid augmenta o baixa el corrent de càrrega, més gran és la baixada o la superació de la tensió de sortida. Per contra, el pas de càrrega més lent dóna com a resultat menys canvi de voltatge de sortida.

4. Mètode millorat

• Afegiu un condensador de sortida

Per aconseguir una tensió de sortida estable, la manera més senzilla d'augmentar la capacitat de sortida, però encara cal tenir en compte ESR i ESL. Els condensadors ceràmics tenen una ESR baixa i també són una millor opció per reduir els transitoris de tensió. En general, els condensadors ceràmics es col·loquen a prop de l'extrem de càrrega de l'aplicació real. A més de reduir els transitoris de tensió, també evita oscil·lacions en el bucle de control del convertidor. A més, podeu afegir un condensador electrolític prop de la sortida del convertidor. Quan hi ha un pas de càrrega, el condensador electrolític reaccionarà ràpidament en l'etapa inicial perquè el circuit de retroalimentació pugui respondre més ràpidament, cosa que és útil en circuits de resposta de retroalimentació lenta.

 

• Suggeriment de maquetació

Sota càrregues dinàmiques, la distància entre el convertidor i la càrrega pot afectar la qualitat de la potència de sortida. I la resistència i la inductància parasitàries del camí provocaran una caiguda de tensió de sortida i donaran lloc a una mala regulació de la càrrega. Per tant, el convertidor i la càrrega s'han de col·locar el més a prop possible. Per reduir l'efecte de la resposta transitòria de càrrega, generalment, la capacitat de sortida s'incrementa per reduir la resposta de tensió de sortida i la posició dels condensadors és més eficaç a la ruta principal del corrent.

5. Resum

Amb la tendència del mercat, molts productes electrònics solen requerir un corrent més ràpid i més gran. A la selecció de convertidors de potència, els productes amb tensió de sortida estable són més populars. La prova de resposta transitòria pot comprendre l'estabilitat del bucle de control, la regulació de càrrega, el temps de recuperació transitòria i el timbre. Després d'entendre els factors que afecten la resposta transitòria, es pot trobar el mètode de millora més adequat per obtenir un convertidor de potència més estable.

 

 

CTC és un proveïdor de serveis professional per a mòduls d'alimentació d'alta gamma (convertidor de CA a CC i convertidor de CC a CC) per a aplicacions crítiques a tot el món des de fa 30 anys. La nostra competència bàsica és dissenyar i lliurar productes amb tecnologies punteres, preus competitius, terminis de lliurament extremadament flexibles, servei tècnic global i fabricació d'alta qualitat (Made In Taiwan).

CTC és l'única corporació certificada amb ISO-9001, IATF-16949, ISO22613 (IRIS) i ESD/ANSI-2020. Podem garantir al 100% no només el producte, sinó també el nostre flux de treball i servei per igualar el sistema de gestió de la qualitat per a totes les aplicacions de gamma alta des del principi. Des del disseny fins a la fabricació i el suport tècnic, cada detall s'opera amb els estàndards més alts.

Deixa un missatge 

Llista de missatges