גורם האדוות ואספקת החשמל
תפקידו העיקרי של ספק הכוח הוא לספק אנרגיה חשמלית למוצרים אלקטרוניים, אך הוא יכניס בהכרח אדוות, רעשים וכו' במהלך אספקת החשמל, מה שיפחית את היציבות והאמינות של המערכת האלקטרונית ואף את המוצר כולו.
אדוות מתח יכולה להשפיע מאוד על מעגלים שונים של ספק הכוח, כגון מעגל המרת A/D, מעגל מגבר תפעולי, מעגל מסנן מיישר וכו'. ליישומים נפוצים יש את הסיכונים הבאים:
הרמוניות בלתי צפויות נוצרות כדי לגרום לתאונות הנגרמות על ידי מתח יתר או זרם יתר; להגדיל אובדן נוסף ולהפחית את היעילות והניצול של ציוד חשמלי;
לגרום לציוד לפעול בצורה לא תקינה, להאיץ את ההזדקנות ולקצר את חיי השירות; לגרום להגנת ממסר, להתקנים אוטומטיים, מערכות מחשב וציוד אחר לפעול בצורה חריגה או לא לפעול כרגיל;
לגרום למכשירי מדידה ומדידה לסטות; להפריע למערכות תקשורת, להפחית את איכות שידור האותות, ואף לפגוע בציוד תקשורת.
לכן, בעת תכנון מוצרים אלקטרוניים, יש צורך למדוד במדויק את האדוות ולדכא את האדוות בטווח מסוים.
1 אדוות ואדוות של ספק כוח
באופן קפדני, ספק הכוח המיוצב כולל ארבעה חלקים: שנאי כוח, מעגל מיישר, מעגל מסנן ומעגל מייצב מתח. מכיוון שניתן להתייחס גם ל-DC-DC כספק כוח מיוצב, מעגל המיישר, מעגל המסנן ומעגל המתח המיוצב נחשבים כשלושת החלקים ההכרחיים של ספק הכוח המיוצב [1].
מעגל המיישר משתמש בהתקנים מוליכים חד-כיווניים כדי להמיר זרם חילופין לזרם ישר פועם. הזרם הישיר הפועם אינו חלק ומכיל כמות גדולה של זרם חילופין.
מעגל המסנן משתמש באלמנט אגירת האנרגיה כדי להמיר את הזרם הישר הפועם לזרם ישר שטוח יחסית. בשל הביצועים השונים של מעגל הסינון, למרות שניתן לסנן את רוב רכיבי הזרם החילופין, לא ניתן לסנן אותם לחלוטין.
מעגל ייצוב המתח לאחר תיקון וסינון משתמש בפונקציית ההתאמה של המעגל כדי לייצב את מתח המוצא ולהפחית את רכיב ה-AC למינימום. רכיב AC זה שלא ניתן לסנן לחלוטין עם פלט המתח היציב נקרא מתח אדוות.
על מנת לאפיין את ביצועי המסנן של ספק כוח מוסדר DC, המושג של מקדם אדווה מוצג [2-3]. הגדר את מקדם האדוות ψ כערך האחוז של הערך האפקטיבי של מתח האדוות Vr ומתח המוצא DC Vo, כלומר:
מקדם אדווה הוא מדד חשוב להערכת התפוקה היציבה והטהורה של ספק כוח DC. על פי הנוסחה לעיל, ניתן לראות כי יש למדוד את מתח האדוות כדי למצוא את מקדם האדוות.
2 מדידת אדוות אספקת החשמל
מדידה מדויקת של אדוות אספקת החשמל דורשת בדרך כלל שני מכשירים, כלומר עומס אלקטרוני (עומס אלקטרוני) ואוסילוסקופ אחסון דיגיטלי (דיגיטל אחסון אוסצילוסקופ, DSO).
העומס האלקטרוני נוח להתאים את הזרם, והוא מוגדר בדרך כלל במצב התנגדות קבועה (CR); אוסילוסקופ האחסון הדיגיטלי יכול ללכוד ישירות את כל צורת הגל של האדוות, לאחסן ולהגביר אותה ולקרוא את ערך האדוות. החלף את קריאת האוסילוסקופ בנוסחה כדי לקבל את גורם האדוות.
בעת המדידה יש לשים לב לשתי הנקודות הבאות (שתי נקודות אלו חשובות במיוחד לדיוק תוצאות המדידה):
(1) יש לנתק את חוט ההארקה של הבדיקה של אוסילוסקופ האחסון הדיגיטלי ולהחליף אותו בפין קפיץ ההארקה במכלול הבדיקה. זה יכול למנוע את צימוד לולאת האדמה לרעש EMI ולהפוך את תוצאת המדידה לא מדויקת.
חוט ההארקה של הגשושית ארוך מדי ושטח הלולאה גדול מדי, ויוצרים אנטנת קליטה, עומס בתדר גבוה או רעש EMI יצורפו לאות הנמדד.
(2) אוסילוסקופ האחסון הדיגיטלי עצמו צריך להתאים את ההגדרות.
לאוסילוסקופ האחסון הדיגיטלי צריך להיות הארקה טובה כדי לסנן עוד יותר את העומס שנוסף מאספקת הכוח; השתמש בצימוד AC של אוסילוסקופ האחסון הדיגיטלי כדי לחסום את ה-DC, מה שהופך את מבחן האדווה ליותר אינטואיטיבי ומדויק;
בדיקת האדוות הכללית מחייבת את הגבלת התדר מתחת ל-20 מגה-הרץ, ולכן אוסילוסקופ האחסון הדיגיטלי צריך לפתוח את מגבלת רוחב הפס של 20 מגה-הרץ כדי לבודד רעש בתדר גבוה.
3 שיטות לדיכוי אדוות אספקת החשמל
כדי לדכא את האדוות של מתח המוצא של ספק הכוח המוסדר, ארבע השיטות הבאות מאומצות בדרך כלל: שיטת סינון RLC, שיטת סינון מצב נפוץ, שיטת סינון טבעת מגנטית פריט ושילוב של שלוש השיטות.
מעגל המסנן לדיכוי אדוות אספקת החשמל DC-DC מודגם באמצעות אימות ניסיוני. בניסוי האימות, נבחר ספק כוח של 100W DC-DC עם כניסת 48V ויציאת 5V, והדגם הוא SD-100C-5 של Meanwell.
אוסילוסקופ האחסון הדיגיטלי בוחר ב-GDS-1072B של GWINSTEK, רוחב הפס הוא 70MHz, קצב הדגימה הוא 1GSa/s ועומק האחסון של כל ערוץ הוא 10M.
העומס האלקטרוני הוא PEL{{0}} מבית GWINSTEK, טווח המתח הוא 1.5V~150V, טווח הזרם הוא 0~35A, וההספק הוא 175W.
לפי חישוב זה, הזרם במעגל הוא 20A. איור 3 הוא דיאגרמת בלוק החיבור של מבחן אדוות הכוח.
על מנת להפוך את ההשפעה של דיכוי אדוות אספקת הכוח ליותר אינטואיטיבית וברורה, מעגל הסינון של SD-100C-5 מקוצר ראשון, ואדוות מתח המוצא שלו נמדדת. ניתן לקבל שאדוות אספקת הכוח היא בערך 85.6mVpp, והערך האפקטיבי הוא 48.2mVrms.
