Nguồn điện không ổn định có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng cho hệ thống, từ tiếng ồn khó chịu đến dao động tần số chuyển mạch bất thường và thậm chí là hỏng hóc các thiết bị bán dẫn. Nguyên nhân có thể do nhiều yếu tố, nhưng phần lớn sự không ổn định trong nguồn điện chuyển mạch xuất phát từ mạng bù chưa được điều chỉnh đúng cách. Bài viết này sẽ hướng dẫn bạn cách xác định liệu mạng bù có phải là nguyên nhân gây ra sự không ổn định hay không, đồng thời cung cấp các mẹo để cải thiện độ ổn định của nguồn điện không ổn định.
Hiệu suất tức thời của một nguồn điện chuyển mạch được đặc trưng bởi hai tiêu chí chính: băng thông (BW) và biên độ pha (PM). Băng thông cao hơn dẫn đến phản hồi nhanh hơn. Mặt khác, biên độ pha cao hơn có nghĩa là độ ổn định tốt hơn. Để có được hiệu suất tốt, cần cả băng thông và biên độ pha cao. Tuy nhiên, có một sự đánh đổi giữa BW và PM. Các kỹ thuật làm tăng BW thường làm giảm PM và ngược lại.
Khi một sự thay đổi tải xảy ra, điện áp đầu ra trải qua một vài dao động trước khi ổn định ở mức điện áp quy định. Số lượng dao động trên điện áp đầu ra trong quá trình chuyển đổi tải là một thước đo tốt cho độ ổn định của nguồn điện. Số lượng dao động có liên quan trực tiếp đến biên độ pha và do đó, độ ổn định của nguồn điện.
Nói chung, có hai loại mạng bù thường được sử dụng cho bộ điều chỉnh chuyển mạch: Loại II và Loại III. Mạng bù Loại II sử dụng một bộ zero-pole để đạt được băng thông và biên độ pha mong muốn. Để cải thiện hơn nữa phản hồi tức thời của bộ điều chỉnh, mạng bù Loại III được sử dụng. Mạng bù Loại III thêm một bộ zero-pole bổ sung, giúp đạt được băng thông và/hoặc biên độ pha cao hơn.
Mục tiêu của bài viết này là trình bày các kỹ thuật đơn giản có thể được sử dụng để ổn định một nguồn điện không ổn định. Lưu ý rằng các kỹ thuật được đề xuất sẽ chỉ hiệu quả nếu nguồn gốc của sự không ổn định là một mạng bù chưa được điều chỉnh đúng cách.
Như đã thảo luận trước đó, sự không ổn định trong một bộ điều chỉnh chuyển mạch có thể được xác minh bằng cách xem xét phản hồi tức thời của nó đối với một sự thay đổi tải. Để có một nguồn điện với hiệu suất tức thời chấp nhận được, nên có băng thông không quá 10% tần số chuyển mạch và biên độ pha > 60°. Lưu ý rằng trong các ứng dụng nhạy cảm với tiếng ồn, băng thông phải được giới hạn thêm dưới 5% tần số chuyển mạch.
Các kỹ thuật được trình bày dưới đây sẽ cho phép người đọc nhanh chóng khắc phục các nguồn điện chuyển mạch không ổn định, đồng thời cung cấp các phương pháp để xem liệu việc giảm băng thông có thể cải thiện độ ổn định hay không. Nếu độ ổn định được cải thiện khi băng thông giảm đáng kể, thì đó là xác nhận rằng nguồn gốc của sự không ổn định là một mạng bù chưa được điều chỉnh.
Việc giảm băng thông thực hiện hai điều để cải thiện độ ổn định. Đầu tiên, nó làm cho vòng điều khiển chậm hơn. Vòng điều khiển chậm hơn ngăn chặn hoặc hạn chế các gai và/hoặc dao động sắc nét trên đầu ra. Thứ hai, giảm băng thông có thể làm tăng biên độ pha, từ đó cải thiện độ ổn định.
Trong nguồn điện có mạng bù bên ngoài, mạng bù được đặt tại chân COMP. Trong trường hợp đó, một cách nhanh chóng để xem liệu các dao động trên đầu ra có phải do mạng bù chưa được điều chỉnh hay không là đặt một tụ điện lớn ở chân COMP. Tụ điện lớn ở chân COMP giới thiệu một cực tần số thấp vào vòng điều khiển, làm giới hạn đáng kể băng thông. Tụ điện này càng lớn, băng thông càng thấp. Một phạm vi điển hình cho tụ điện ở chân COMP sẽ là từ 100nF đến 1µF.
Đối với bộ điều chỉnh có mạng bù bên trong, chân COMP không có sẵn. Do đó, các nút điều chỉnh bên ngoài phải được sử dụng để giảm băng thông và cải thiện độ ổn định. Phương pháp hiệu quả nhất để giới hạn băng thông của một bộ điều chỉnh chuyển mạch với mạng bù bên trong là sử dụng một điện trở nối tiếp với chân phản hồi (gọi là điện trở FB-series). Điện trở này làm giảm đường cong độ lớn với tác động nhỏ đến đường cong pha. Do đó, nó có hiệu quả trong việc giới hạn băng thông và tăng độ ổn định của nguồn điện. Điện trở FB-series càng lớn, mức giảm băng thông càng lớn. Điện trở FB-series điển hình nên nằm trong khoảng từ 5kΩ đến 100kΩ.
Mặc dù độ ổn định cao hơn và ít dao động hơn trên đầu ra, PM vẫn thấp hơn mục tiêu 60°. Việc giảm thêm BW sẽ không cung cấp thêm bất kỳ sự thúc đẩy nào cho PM và nó làm chậm thời gian phản hồi hơn nữa. Như đã học trước đó, BW thấp hơn cũng làm tăng cường độ sụt điện áp. Một nút bổ sung có thể được sử dụng để cải thiện PM mà không làm cho bộ điều chỉnh chậm hơn bằng cách hy sinh BW. Giải pháp này là tụ điện chuyển tiếp (CFF).
Vì đây là mạng bù bên trong loại II, nó không cung cấp bất kỳ tăng pha nào. Nếu cần tăng pha, hãy thêm CFF vào mạng phản hồi. CFF thêm một số không khác vào mạng bù, có thể tăng PM mà không làm giảm BW. Trên thực tế, nếu tụ điện được chọn đúng cách, PM có thể được cải thiện và BW cũng có thể được tăng lên để đạt được phản hồi tức thời nhanh hơn.
Bài viết này đã khám phá một số mẹo nhanh chóng để chẩn đoán và giải quyết các vấn đề về độ ổn định trong nguồn điện chuyển mạch. Các kỹ thuật riêng biệt đã được đề xuất để ổn định bộ điều chỉnh với mạng bù bên ngoài so với bộ điều chỉnh với mạng bù bên ngoài và đã chứng minh cách tụ điện chuyển tiếp có thể cải thiện hơn nữa phản hồi tức thời của bộ điều chỉnh chuyển mạch.
Bài viết liên quan