轉(zhuǎn)換器在測試?yán)擞靠箶_度時(shí)振蕩

直流電源與DC-DC轉(zhuǎn)換器輸入電容之間的去耦網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電感會導(dǎo)致振蕩，從而導(dǎo)致啟動(dòng)故障和設(shè)備損壞。如果不采取緩解措施，IEC 61000-4-5浪涌測試期間使用的設(shè)備特別容易引起振蕩。下面探討了振蕩的原因以及可以采取哪些措施來避免振蕩。

浪涌抗擾度測試要求 （IEC 61000-4-5）

測試目標(biāo)

該測試的目的是評估被測設(shè)備（EUT）在電源和互連線路上的高能干擾（浪涌脈沖）下的性能。這些干擾可能是由開關(guān)和雷電瞬變的過電壓引起的

浪涌通常應(yīng)用于交流（或直流）電源輸入端口，但在某些標(biāo)準(zhǔn)中，它也應(yīng)用于信號端口。

浪涌脈沖通常通過源阻抗直接耦合到信號 （例如，電阻為 10 Ω，電容串聯(lián)為 9 μF）。

耦合-去耦網(wǎng)絡(luò)（CDN）通常包含在抗擾度測試系統(tǒng)內(nèi)，有助于在浪涌測試期間保護(hù)電源或輔助設(shè)備。

問題定義

該問題與CDN內(nèi)部存在電感有關(guān)，該電感用于將直流電源與DC/DC轉(zhuǎn)換器解耦，并組合了轉(zhuǎn)換器的電容。CDN中使用的電感越高，預(yù)期的振蕩概率就越高。相反，轉(zhuǎn)換器的輸入電容越高，振蕩的可能性就越小。

一旦通過 CDN 連接了 EUT，當(dāng)前設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換器可能無法上電或振蕩。在某些情況下，這些振蕩可能會導(dǎo)致被測設(shè)備損壞。

以前用于舊轉(zhuǎn)換器輸入電路中用于存儲導(dǎo)通周期之間能量的大型存儲電容器在最近的設(shè)計(jì)中被消除或大幅減少，以滿足其他重要的轉(zhuǎn)換器特性（浪涌電流或輸入放電時(shí)序要求）。

修正注意事項(xiàng)

提高直流電源的輸入電壓

施加的輸入電壓越高，預(yù)期的振蕩概率就越低。此外，重要的是要確保直流電源電壓調(diào)整得足夠高，以補(bǔ)償 CDN 和輸入線上的損耗（例如，使用 300 W DC/DC 轉(zhuǎn)換器功率為 24 V，CDN 具有 0.5 Ω串聯(lián)阻抗，CDN 上的壓降約為 7 V）。此外，鐵路標(biāo)準(zhǔn)EN 50121-3-2定義，浪涌測試應(yīng)在最大輸入工作電壓下進(jìn)行（例如，對于電池電壓為137 V的應(yīng)用，應(yīng)在5.110 V下進(jìn)行測試）。

降低負(fù)載輸出電流

輸出功率越低，從源極汲取的輸入電流越低——負(fù)載足夠低時(shí)，振蕩就會消失。

使用具有更高額定電流的 CDN

它們通常具有較低的去耦電感和較低的串聯(lián)電阻，從而在給定的線路和負(fù)載條件下降低振蕩概率。標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000-4-5中定義的通用浪涌抗擾度要求未指定CDN電感的參數(shù)。因此，市場上有各種CDN設(shè)備，導(dǎo)致一些測試實(shí)驗(yàn)室使用具有相當(dāng)高電感的CDN，其中DC / DC轉(zhuǎn)換器可能會振蕩。相反，可能有實(shí)驗(yàn)室使用電感較低的CDN，而不會觀察到不穩(wěn)定。CDN 的典型電感約為 1 mH（每個(gè)極）。

振蕩的原因和可能的解決方案

理論解釋 （1/4）

開關(guān)“SW”導(dǎo)通（或電路中引入其他變化/步進(jìn)）后，該LC電路中會出現(xiàn)頻率為“fr”的諧波振蕩。

fr = （1/2pi） * （1/sqrt（L*C））

由于沒有傾倒元件將能量從扼流圈的磁場耗散到電容器的電場并返回，因此電容器電壓和扼流圈電流的振蕩以恒定的幅度永遠(yuǎn)持續(xù)。

理論解釋 （2/4）

一旦電路中連接了耗散元件（電阻“Rdump”），扼流圈和電容器之間的能量傳輸就會有損耗，振蕩幅度也會隨時(shí)間減小。

理論解釋 （3/4）

如果連接了穩(wěn)壓功率轉(zhuǎn)換器而不是傾倒電阻（負(fù)載），則幅度不會被傾倒，而是及時(shí)放大。

這是由于轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)壓器在其輸入電壓下沉?xí)r增加其輸入電流（以保持功率輸出恒定）。

這可以用虛項(xiàng)負(fù)阻抗/電阻表示，與傾倒電阻（負(fù)電阻將能量提供給諧振電路）相比具有相反的效果。

-R = dv/di = （Vin1-Vin2） / （Iin1-Iin2） = （Vin1-Vin2） / （P/Vin1 – P/Vin2）

其中P是轉(zhuǎn)換器的輸入功率。

理論解釋 （4/4）

為了補(bǔ)償這種影響，需要在電路中增加至少相等的傾倒電阻“R”。為了獲得足夠的傾銷，“R”的值應(yīng)該相當(dāng)?shù)汀?/p>

傾倒電阻“R”的并聯(lián)會在直流條件下產(chǎn)生額外的顯著耗散。因此，最好使用電阻“Rs”和電容器“Cs”的串聯(lián)，以更有效地抑制振蕩。

用于緩解浪涌測試期間振蕩的可用解決方案

審核編輯：郭婷