轉(zhuǎn)換器在測(cè)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(huì)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(cè)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(lái)避免振蕩。

浪涌抗擾度測(cè)試要求 （IEC 61000-4-5）

測(cè)試目標(biāo)

該測(cè)試的目的是評(píng)估被測(cè)設(shè)備（EUT）在電源和互連線(xiàn)路上的高能干擾（浪涌脈沖）下的性能。這些干擾可能是由開(kāi)關(guān)和雷電瞬變的過(guò)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(hào)端口。

浪涌脈沖通常通過(guò)源阻抗直接耦合到信號(hào) （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(cè)試系統(tǒng)內(nèi)，有助于在浪涌測(cè)試期間保護(hù)電源或輔助設(shè)備。

問(wèn)題定義

該問(wèn)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(guò) CDN 連接了 EUT，當(dāng)前設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換器可能無(wú)法上電或振蕩。在某些情況下，這些振蕩可能會(huì)導(dǎo)致被測(cè)設(shè)備損壞。

以前用于舊轉(zhuǎn)換器輸入電路中用于存儲(chǔ)導(dǎo)通周期之間能量的大型存儲(chǔ)電容器在最近的設(shè)計(jì)中被消除或大幅減少，以滿(mǎn)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(xiàn)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(cè)試應(yīng)在最大輸入工作電壓下進(jìn)行（例如，對(duì)于電池電壓為137 V的應(yīng)用，應(yīng)在5.110 V下進(jìn)行測(cè)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(huì)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(xiàn)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(chǎng)上有各種CDN設(shè)備，導(dǎo)致一些測(cè)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(huì)振蕩。相反，可能有實(shí)驗(yàn)室使用電感較低的CDN，而不會(huì)觀(guān)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(kāi)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(huì)出現(xiàn)頻率為“fr”的諧波振蕩。

fr = （1/2pi） * （1/sqrt（L*C））

由于沒(méi)有傾倒元件將能量從扼流圈的磁場(chǎng)耗散到電容器的電場(chǎng)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(huì)有損耗，振蕩幅度也會(huì)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(huì)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(xiāo)，“R”的值應(yīng)該相當(dāng)?shù)汀?/p>

傾倒電阻“R”的并聯(lián)會(huì)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(cè)試期間振蕩的可用解決方案

審核編輯：郭婷