Power Tips # 2: Giảm chấn cho bộ lọc đầu vào P1 : Trong khi bộ điều chỉnh chuyển mạch thường được ưa thích hơn bộ điều chỉnh tuyến tính vì chúng hiệu quả hơn, cấu trúc liên kết chuyển mạch chủ yếu dựa vào bộ lọc đầu vào. Nhưng các phần tử mạch này, kết hợp với trở kháng động âm của nguồn cung cấp, có thể góp phần gây ra các vấn đề dao động. Đây là cách để tránh sự cố.
Trở kháng động: Tổng trở của đoạn mạch có độ tự cảm và tụ điện mắc song song với tần số mà tổng trở này có giá trị cực đại.
Tất cả các nguồn cung cấp thường duy trì hiệu suất của chúng trong một phạm vi đầu vào nhất định. Do đó công suất đầu vào ít nhiều không đổi với mức điện áp đầu vào. Hình 1 cho thấy các đặc tính của nguồn cung cấp chuyển mạch. Khi điện áp giảm, dòng điện tăng.
Hình 1 Nguồn điện chuyển mạch có trở kháng âmTrở kháng đầu vào âm
Đường đặc tính dòng điện – điện áp này có độ dốc về cơ bản xác định trở kháng động của nguồn điện. Độ dốc của đường này là âm của điện áp đầu vào chia cho dòng điện đầu vào. Tức là, với P in = V • I, ta có V = P in / I; và do đó dV / dI = –P in / I 2 hoặc dV / dI ≈ –V / I.
Sự gần đúng này là một chút đơn giản hóa quá mức vì vòng điều khiển ảnh hưởng đến đáp ứng tần số của trở kháng đầu vào. Nhưng nhiều khi, sự đơn giản hóa này đủ tốt khi có liên quan đến điều khiển ở chế độ dòng điện.
Tại sao có bộ lọc đầu vào
Dòng điện đầu vào của bộ điều chỉnh chuyển mạch là không liên tục và nếu dòng điện đầu vào không được lọc, nó có thể làm gián đoạn hoạt động của hệ thống. Hầu hết các hệ thống nguồn đều kết hợp một bộ lọc kiểu như trong Hình 2. Tụ điện có trở kháng thấp cho dòng chuyển mạch trong giai đoạn nguồn. Cuộn cảm có một trở kháng cao cho điện áp gợn trên tụ điện. Trở kháng cao của bộ lọc giảm thiểu việc chuyển đổi dòng điện vào nguồn. Ở tần số thấp, trở kháng nguồn của bộ lọc bằng trở kháng của cuộn cảm. Khi tăng tần số, trở kháng của cuộn cảm tăng lên. Ở tần số rất cao, tụ điện đầu ra sẽ ngăn cản trở kháng. Ở tần số trung bình, cuộn cảm và tụ điện về cơ bản tạo thành một mạch cộng hưởng song song, do đó trở kháng nguồn cao.
Trong hầu hết các trường hợp, trở kháng nguồn max có thể được ước tính trước tiên bằng cách xác định trở kháng đặc trưng của bộ lọc ( Z o ), bằng căn bậc hai của độ tự cảm chia cho điện dung. Đây là trở kháng của cuộn cảm hoặc tụ điện khi cộng hưởng. Tiếp theo, thêm điện trở nối tiếp tương đương của tụ điện (ESR) và điện trở của cuộn cảm. Sau đó tìm Q của mạch. Trở kháng nguồn max bằng khoảng Z o lần so với Q của mạch.
Hình 2 Khi cộng hưởng, trở kháng của bộ lọc cao, và điện trởDao động
Nhưng bộ lọc cộng hưởng của bộ chuyển mạch, cùng với trở kháng âm của nguồn cung cấp, có thể gây ra vấn đề. Xem Hình 3, cho thấy hai điện trở có giá trị bằng nhau và ngược dấu trong mạch nối tiếp chạy bằng điện áp. Trong điều kiện như vậy, điện áp đầu ra là vô cùng. Bạn gặp trường hợp tương tự trong hệ thống điện nơi bạn có điện trở âm của nguồn điện được lấy bằng điện trở tương đương của bộ lọc đầu vào khi cộng hưởng; trong trường hợp này, mạch sẽ có xu hướng dao động.
Hình 3 Bộ lọc cộng hưởng của bộ chuyển mạch kết hợp với trở kháng âm của nó có thể tạo ra các dao động không mong muốnBí quyết để tạo nên hệ thống điện ổn định là đảm bảo trở kháng nguồn của hệ thống luôn nhỏ hơn trở kháng đầu vào của bộ nguồn. Mục tiêu này cần đạt được ở điện áp đầu vào tối thiểu và tải tối đa (tức là trở kháng đầu vào thấp nhất). Trong Power Tips # 3 , chúng ta sẽ thảo luận một số phương pháp thực tế để kiểm soát trở kháng nguồn.