Faktem zůstává, že údaje shromážděné v laboratoři se liší od údajů shromážděných během skutečného použití. Proč je tomu tak? Každému by mělo být zřejmé, že vozidlo testované bez zatížení na určené zkušební dráze spotřebuje méně, než když je plně naloženo čtyřčlennou rodinou, která se vydala na výlet do hor.
Pokud chcete učinit finální rozhodnutí při výběru vhodného auta, zvažte několik okolností. Proč? Například Porsche 911 je úžasné auto, ale na expedici do Jižní Afriky byste si ho zřejmě nevybrali - v takovém případě by byl nejlepší volbou asi nějaký Jeep s pohonem všech čtyř kol.
Výběr vhodného napájecího zdroje je ještě komplikovanější, většinou to není o rozpočtu. Jak přistupujeme k výběru správných komponentů pro dodání energie?
Analýza požadavků
Prvním krokem je určit, pro jakou aplikaci je daný zdroj napájení potřebný.
Hlavním cílem je přeměnit vstupní energii na výstupní s co nejvyšší účinností.
- Měl by být primární okruh galvanicky oddělen od sekundárního nebo ne?
- Jak spolehlivý by měl být celý obvod a aplikace?
- Jaký je konečný produkt?
- Na jaký design je prostor? Ovlivňují jej jiné komponenty na DPS?
- V jakých podmínkách bude aplikace používána?
- Jaké jsou rozsahy vstupního a výstupního napětí? Co je třeba dodržet při jakém výstupním proudu?
- Které normy (např. průmyslové, železniční nebo lékařské) je třeba dodržovat?
Všem by se nám asi nejvíce zamlouval měnič, který splňuje všechny potřebné požadavky. Obvykle ale potřebujeme vynaložit více úsilí. Je to proto, že potřebujeme zvažovat více, než jen jeden parametr měniče, abychom mohli splnit požadavky. Nebo např. potřebujeme ještě dodatečné zapojení pro dosažení požadovaných hodnot (např. vstupní filtr).
Co tedy potřebujeme, abychom našli vhodné řešení?
Prvním krokem je určit, které hodnoty potřebujeme změřit – jednoduchým měřením to můžeme zhruba určit: vstupní a výstupní napětí a proud na konvertoru, proud přes zátěž a možné změny v účinnosti.
1. Jak správně měřit a vyhnout se chybám?
Každé měření má určitý vliv na parametry obvodu, jakýkoliv vliv musí být co nejmenší.
To znamená, že je vhodné udělat 4 vodičové měření i u "jednoduchého měření". Měření proudu a napětí pomocí nezávislých zkušebních kabelů znamená, že vlastní odpor vodičů bude mít menší vliv na naměřené hodnoty.
Vždy berte v úvahu koncové použití produktu.
Například v budově opery může být mezi zdrojem napájení a zátěží až 30m kabelů. Pokud je požadované výstupní napětí na zátěži 24V, zdroj potřebuje vyšší výstupní napětí pro vyrovnání ztráty napětí v kabelech.
Tzn., že je třeba měřit zátěž, ale i zdroj. Podívejte se níže na příklad klasického čtyřvodičového měření napětí u zdroje.
Obr. 1: Čtyřvodičové měření napětí u zdroje a na zátěži
2. Jak řešit zvlnění a šum?
Bez ohledu na aplikaci DC/DC měniče by mohly být hodnoty zvlnění a šumu klamavé v jeho skutečné oblasti provozu, například v měřicím můstku, proto je třeba tuto skutečnost zvážit a vyhodnotit samostatně.
Mluvíme o zvlnění v AC/DC a DC/DC obvodu, kdy se na výstupu objevují nepravidelné poruchy, které jsou způsobeny vnitřními obvody, zatímco šum označuje špičky, které se pravidelně opakují, jsou vytvářeny transformačním pulzováním při frekvenci spínání.
K určení skutečných hodnot musí být hlava sondy v přímém kontaktu s:
- kolíky
- zemnícím kolíkem
- hrotem měření (viz obr. 2)
Aby bylo možné porovnat výsledky měření s údaji výrobce, musí být šířka pásma na osciloskopu omezena na 20 MHz, což je běžná hodnota pro laboratorní práce.
Obr. 2: Správné použití měřicích hrotů na DC/DC konvertoru s vývody
Obvykle můžeme šum a zvlnění jednoduše snížit pomocí dvou paralelně zapojených kondenzátorů. Například 100nF kondenzátor MLCC a 10μF elektrolytický kondenzátor.
Vždy mějte na paměti, že hodnoty uvedené v technických listech mohou být ovlivněny dalšími faktory v procesu použití.
Výrobní portfolio švýcarského výrobce Traco Power zahrnuje více než 25 rodin DC/DC konvertorů s výkonem 3 Watt, jako je například série TVN s ultra nízkými Ripple & Noise (zvlnění & šum) nebo THM série, která je certifikována pro lékařské aplikace, verze s otevřenou konstrukcí, dále série TMR-WIR, která je schválená pro železniční aplikace s izolačním napětím 3000VDC.
3. Co se stane v případě náběhového proudu?
Tyto informace jsou důležité pro výpočet správných hodnot komponent, které mají vliv na náběhový proud.
- Proud v podstatě závisí na rychlosti spínání, takže v laboratoři by se měly v ideálním případě používat rtuťové spínače
- Zdroj by měl mít co nejnižší možný vnitřní odpor
- Proud by se měl měřit demagnetizovaným hrotem
Teplota okolí má také velký vliv na náběhový proud. Například hodnoty použitých elektrolytických kondenzátorů jsou výrazně závislé na teplotě.
Obr. 3: Náběhový proud DC/DC měniče v nezatíženém stavu (studený = pokojová teplota 25°C)
Schéma znázorňuje příklad náběhového proudu u LED žárovky (žlutá čára). Na obrázku je také zobrazen průběh napětí na žárovce ve fialové barvě. Vidíme bod, ve kterém bylo zařízení zapnuto, označený T (oranžová), kdy dosáhne proud své maximální hodnoty kolem 10A a do 10ms se opět vrátí na 300mA.
Pokud máte problémy s náběhovým proudem, zkuste použít termistor (NTC), ten může výrazně pomoci.
4. Co musím vědět, pokud jde o elektromagnetickou kompatibilitu? (EMC)
Je to důležité pro všechny aplikace. Použití DC/DC měniče s interním filtrem neznamená automaticky, že dokážeme dodržet normované hodnoty určené pro danou aplikaci. Jak jistě dobře víte, kompatibilita s EMC může být často ovlivněna několika komponenty.
V mnoha případech musí být výstupní napětí spojeno z bezpečnostních důvodů s ochrannou svorkou, což může mít významný vliv na EMC. Výrobce napájecích zdrojů však může poskytnout rady jak dodržet předepsané hodnoty EMC.
Většina výrobců napájecích zdrojů poskytuje pomocná doporučení na svých webových stránkách ve formě návrhů vhodných filtrů. Například u Traco Power jej lze nalézt přímo na stránce daného zdroje.
Před jakýmkoli vyhodnocením a výběrem je důležité jasně definovat své požadavky. Existuje velký rozdíl mezi rozhodnutím o tom, co skutečně potřebujete a co byste chtěli.
Když se vrátíme k výrobcům automobilů, na které jsme se odvolávali na začátku článku, je důležité popřemýšlet o tom, jak se dají správně provést měření a jak shromáždit všechny hodnoty vlivů na tyto výsledky měření. Testovací kabely a laboratorní podmínky jsou definovány při měření obvodu, ale jaké jsou podmínky, ve kterých se měnič skutečně použije?
Splnění požadavků EMC závisí ve velké míře na oblasti použití a podmínkách, stejně jako u zvlnění, šumu a také náběhovém proudu.
Je všeobecně známo, že existuje mnoho výrobců, takže kvalita, jakož i cena konkrétního výrobku se mohou značně lišit.
Pokud potřebujete další informace nebo máte zájem i o jiné produkty Traco Power, napište nám na info@soselectronic.cz
Zdroj: Florian Haas, Traco Electronic AG,
Líbí se Vám naše články? Nezmeškejte už ani jeden z nich! Nemusíte se o nic starat, my zajistíme doručení až k Vám.
