Que é a resposta transitoria?

Un conversor de potencia ideal debe manter unha tensión de saída estable, sen importar como cambie a carga. Non obstante, nas aplicacións, o paso de carga de saída afectará á tensión de saída. Por exemplo, a cantidade de cambio da tensión de saída medida para diferentes cargas en estado estacionario é a regulación da carga. Cando a carga cambia nun estado transitorio, é necesario ter en conta o exceso, a subestimación e o tempo de recuperación da tensión de saída. Estes tres indicadores dependen do sistema de compensación do conversor. Este artigo presentará o proceso de aparición da resposta transitoria e os factores que afectan a resposta transitoria e observará os cambios na tensión de saída en diferentes condicións a través da medición da forma de onda real e ofrecerá suxestións de mellora.

1. Resposta transitoria

Cando a carga cambia instantaneamente, a tensión de saída producirá unha reacción. Noutras palabras, o proceso de retorno ao valor establecido despois de que a tensión de saída aumenta ou baixa, que se denomina resposta transitoria.

O seguinte é o conversor de potencia que se usa para analizar como se produce a resposta transitoria. A figura 1 é un diagrama de circuíto esquemático do conversor de potencia. E a figura 2 mostra o proceso que cando a corrente de carga de leve a pesada, a tensión de saída e a corrente do indutor reaccionan ao mesmo tempo. Baixo os cambios actuais, a capacitancia non pode considerarse como un capacitor ideal, polo que se deben considerar elementos parasitarios, incluíndo a resistencia en serie equivalente (ESR) e a inductancia en serie equivalente (ESL).

Cando o paso de carga e a corrente de saída aumentan instantaneamente, o conversor non pode responder para proporcionar corrente suficiente inmediatamente. Entón, o capacitor de saída descárgase para compensar a falta de corrente de saída, e o ESR e ESL do capacitor de saída farán caer a tensión no condensador de saída. A ESR provoca unha caída de tensión e está correlacionada positivamente co grao de cambio de carga. ESL reduce a tensión a ambos os dous lados do capacitor de saída e xera picos. Segundo as características da inductancia, os picos xerados por ESL están relacionados co tempo transitorio de carga. Se canto máis rápido aumenta a carga, máis grandes xerarán os picos de tensión.

Cando o amplificador de erro detecta a caída de tensión, o sistema de retroalimentación aumentará a tensión do compensador e aumentará o tempo de aceso do interruptor Q1. De xeito que a corrente do indutor aumenta para satisfacer o aumento da corrente de carga e o capacitor comeza a cargarse. A tensión de saída tende a ser estable.

A proba de resposta transitoria pode comprender a estabilidade da tensión de saída do conversor. As especificacións do conversor de potencia adoitan definir o tempo de resposta transitoria e a tolerancia da tensión de saída. Debe ter en conta que durante a medición o tempo transitorio de carga debe ser moito menor que o tempo de recuperación transitoria e o período do transitorio de carga debe ser maior que o tempo de recuperación do conversor, se non, o problema de estabilidade non se pode mostrar na forma de onda.

A seguinte figura mostra unha forma de onda de resposta transitoria típica. Neste caso, a saída é de 12VDC, a carga é do 75% ao 100% ao 75%, o cambio máximo de tensión é de 100mV, o que equivale ao 0.8% da tensión de saída e o tempo de recuperación é de 250ms. O proceso de recuperación transitoria de tensión é unha curva suave, que mostra características estables do circuíto.

2. Os factores afectan á resposta transitoria

No sistema de control xeral, varios factores afectan o rendemento da resposta transitoria. En primeiro lugar, os compoñentes utilizados en todo o bucle, como o acoplamento óptico, os díodos e os transformadores, teñen tempo de atraso. Significa que cando a carga cambia, o conversor comezará a reacción despois do tempo de atraso mínimo. Este tempo de atraso mínimo non representa o tempo de resposta transitoria, senón só unha pequena parte del.

Os principais factores que afectan a resposta transitoria como o nivel de compensación do amplificador de erro interno. O amplificador de erro úsase para axustar o PWM (modulación de ancho de pulso) e o PWM modula o tempo de activación do transistor para responder ao cambio na tensión de saída. E o ancho de banda do bucle de control afectará á velocidade de axuste. Cando o ancho de banda é maior, a carga transitoria pódese axustar máis rapidamente.

Dous factores afectan a resposta transitoria en condicións externas. Unha delas é a capacidade de saída. Se a capacitancia é grande, pode reducirse o rebasamento ou sobrepaso da tensión de saída, pero o tempo de recuperación aumentará. O segundo é a magnitude do cambio e a taxa de cambio da corrente de carga. Cando a corrente de carga sobe ou cae lentamente, o valor máximo da tensión de saída é pequeno. Ademais, cando a magnitude do paso de carga aumenta, a tensión de saída aumentará ou caerá bruscamente.

3. A forma de onda

• Diferente de capacitancia

Cando o paso de carga é fixo (50% a 100% de carga), o único cambio é o valor de capacidade do capacitor de saída. A partir das seguintes tres formas de onda pode saber que canto maior sexa a capacitancia, menor será a variación da tensión de saída, pero o tempo de recuperación aumentará.

• Diferente magnitude do paso de carga

Cando a capacitancia de saída é fixa (100uF), a única diferenza é a magnitude do cambio de paso de carga. Cando o paso de carga é do 25% da carga (do 75% ao 100%), a tensión de saída é de 50 mV e o tempo de recuperación é de 200 us. A continuación, as figuras 8 e 9 mostran que o paso de carga aumenta ao 50% e ao 75% da carga, fai que a tensión de subida sexa maior e o tempo de recuperación necesite máis tempo.

• Diferente taxa de cambio de carga

As seguintes figuras mostran que a diferente taxa de carga cambia. Canto máis rápido sobe ou diminúe a corrente de carga, maior será a subestimación ou sobrepaso da tensión de saída. Pola contra, o paso de carga máis lento da como resultado menor cambio de voltaxe de saída.

4. Método mellorado

• Engadir condensador de saída

Para conseguir unha tensión de saída estable, o xeito máis sinxelo aumenta a capacidade de saída, pero aínda hai que ter en conta ESR e ESL. Os capacitores cerámicos teñen unha baixa ESR e tamén son unha mellor opción para reducir os transitorios de tensión. Xeralmente, os capacitores cerámicos sitúanse preto do extremo de carga da aplicación real. Ademais de reducir os transitorios de tensión, tamén evita as oscilacións no bucle de control do conversor. Ademais, pode engadir un capacitor electrolítico preto da saída do conversor. Cando hai un paso de carga, o capacitor electrolítico reaccionará rapidamente na fase inicial para que o circuíto de realimentación poida responder máis rápido, o que é útil nos circuítos de resposta de realimentación lenta.

 

• Suxestión de deseño

En cargas dinámicas, a distancia entre o conversor e a carga pode afectar a calidade da potencia de saída. E a resistencia e inductancia parasitarias no camiño provocarán unha caída de tensión de saída e producirán unha mala regulación da carga. Polo tanto, o conversor e a carga deben colocarse o máis preto posible. Para reducir o efecto da resposta transitoria de carga, en xeral, a capacitancia de saída increméntase para reducir a resposta da tensión de saída e a posición dos capacitores é máis eficaz no camiño principal da corrente.

5. Resumo

Coa tendencia do mercado, moitos produtos electrónicos tenden a requirir unha corrente máis rápida e maior. Na selección de conversores de enerxía, os produtos con tensión de saída estable son máis populares. A proba de resposta transitoria pode comprender a estabilidade do bucle de control, a regulación da carga, o tempo de recuperación transitoria e o timbre. Despois de comprender os factores que afectan á resposta transitoria, pódese atopar o método de mellora máis adecuado para obter un conversor de potencia máis estable.

 

 

CTC é un provedor de servizos profesional para módulos de alimentación de gama alta (conversor de CA a CC e conversor de CC a CC) para aplicacións críticas en todo o mundo dende hai 30 anos. A nosa competencia principal é deseñar e entregar produtos con tecnoloxías punteiras, prezos competitivos, prazo de entrega extremadamente flexible, servizo técnico global e fabricación de alta calidade (Made In Taiwan).

CTC é a única corporación certificada con ISO-9001, IATF-16949, ISO22613(IRIS) e ESD/ANSI-2020. Podemos garantir ao 100 % non só o produto, senón tamén o noso fluxo de traballo e servizo para igualar o sistema de xestión da calidade para todas as aplicacións de gama alta desde o principio. Desde o deseño ata a fabricación e o soporte técnico, cada detalle é operado baixo os máis altos estándares.

Deixar unha mensaxe 

Lista de mensaxes