Apa itu respon sementara?

Konverter daya yang ideal perlu mempertahankan tegangan keluaran yang stabil, tidak peduli bagaimana beban berubah. Namun, dalam aplikasi, langkah beban keluaran akan mempengaruhi tegangan keluaran. Misalnya, jumlah perubahan tegangan keluaran yang diukur untuk beban yang berbeda dalam keadaan tunak adalah pengaturan beban. Ketika beban berubah dalam keadaan transien, perlu untuk mempertimbangkan overshoot, undershoot, dan waktu pemulihan tegangan output. Ketiga indikator ini semuanya bergantung pada sistem kompensasi konverter. Artikel ini akan memperkenalkan proses terjadinya respon transien dan faktor-faktor yang mempengaruhi respon transien dan mengamati perubahan tegangan output di bawah kondisi yang berbeda melalui pengukuran bentuk gelombang yang sebenarnya, dan memberikan saran untuk perbaikan.

1. Respons sementara

Ketika beban berubah seketika, tegangan keluaran akan menghasilkan reaksi. Dengan kata lain, proses kembali ke nilai yang ditetapkan setelah tegangan keluaran naik atau turun, yang disebut respon transien.

Berikut ini adalah konverter daya yang digunakan untuk menganalisis bagaimana respon transien terjadi. Gambar 1 adalah diagram rangkaian skema konverter daya. Dan gambar 2 menunjukkan proses bahwa ketika arus beban dari ringan ke berat, tegangan keluaran dan arus induktor bereaksi secara bersamaan. Di bawah perubahan saat ini, kapasitansi tidak dapat dianggap sebagai kapasitor ideal, sehingga elemen parasit harus dipertimbangkan, termasuk resistansi seri setara (ESR) dan induktansi seri setara (ESL).

Ketika langkah beban dan arus keluaran meningkat secara instan, konverter tidak dapat merespon untuk memberikan arus yang cukup dengan segera. Jadi kapasitor keluaran dilepaskan untuk menebus kekurangan arus keluaran, dan ESR dan ESL dari kapasitor keluaran akan membuat tegangan melintasi kapasitor keluaran turun. ESR menyebabkan jatuh tegangan dan berkorelasi positif dengan tingkat perubahan beban. ESL mengurangi tegangan di kedua sisi kapasitor keluaran dan menghasilkan lonjakan. Menurut karakteristik induktansi, lonjakan yang dihasilkan oleh ESL terkait dengan waktu transien beban. Semakin cepat beban naik, semakin besar lonjakan tegangan yang dihasilkan.

Ketika penurunan tegangan terdeteksi oleh penguat kesalahan, sistem umpan balik akan meningkatkan tegangan kompensator dan meningkatkan waktu nyala sakelar Q1. Sehingga arus induktor naik untuk memenuhi peningkatan arus beban, dan kapasitor mulai mengisi. Tegangan keluaran cenderung stabil.

Uji respon transien dapat memahami kestabilan tegangan keluaran konverter. Spesifikasi konverter daya biasanya telah menentukan waktu respon transien dan toleransi tegangan keluaran. Harus diperhatikan selama pengukuran bahwa waktu transien beban harus jauh lebih pendek daripada waktu pemulihan transien, dan periode transien beban harus lebih besar dari waktu pemulihan konverter, jika tidak, masalah stabilitas tidak dapat ditampilkan pada bentuk gelombang.

Gambar berikut menunjukkan bentuk gelombang respons transien yang khas. Dalam hal ini, outputnya adalah 12VDC, beban dari 75% hingga 100% hingga 75%, perubahan tegangan maksimum adalah 100mV, yang setara dengan 0.8% dari tegangan output, dan waktu pemulihan adalah 250ms. Proses pemulihan tegangan transien adalah kurva halus, menunjukkan karakteristik rangkaian yang stabil.

2. Faktor-faktor yang mempengaruhi respon transien

Dalam sistem kendali umum, beberapa faktor mempengaruhi kinerja respon transien. Pertama-tama, komponen yang digunakan di seluruh loop, seperti kopling optik, dioda, dan transformator, memiliki waktu tunda. Ini berarti bahwa ketika beban berubah, konverter akan memulai reaksi setelah waktu tunda minimum. Waktu tunda minimum ini tidak mewakili waktu respons transien, tetapi hanya sebagian kecil saja.

Faktor utama yang mempengaruhi respon transien seperti tingkat kompensasi dari penguat kesalahan internal. Penguat kesalahan digunakan untuk mengatur PWM (Pulse Width Modulation), dan PWM memodulasi waktu transistor untuk merespons perubahan tegangan output. Dan bandwidth loop kontrol akan mempengaruhi kecepatan penyesuaian. Ketika bandwidth lebih besar, transien beban dapat menyesuaikan lebih cepat.

Dua faktor mempengaruhi respon transien dalam kondisi eksternal. Salah satunya adalah kapasitansi keluaran. Jika kapasitansi besar, undershoot atau overshoot tegangan output dapat berkurang, tetapi waktu pemulihan akan meningkat. Yang kedua adalah besarnya perubahan dan laju perubahan arus beban. Ketika arus beban naik atau turun secara perlahan, nilai puncak tegangan keluarannya kecil. Selain itu, ketika besarnya langkah beban meningkat, tegangan keluaran akan naik atau turun tajam.

3. Bentuk gelombang

• Beda kapasitansi

Ketika langkah beban tetap (50% hingga 100% beban), satu-satunya perubahan adalah nilai kapasitansi dari kapasitor keluaran. Dapat diketahui dari tiga bentuk gelombang berikut bahwa semakin besar kapasitansi, semakin sedikit variasi tegangan output, tetapi waktu pemulihan akan meningkat.

• Besarnya langkah beban yang berbeda

Ketika kapasitansi keluaran tetap (100uF), satu-satunya perbedaan adalah besarnya perubahan langkah beban. Ketika langkah beban adalah beban 25% (dari 75% hingga 100%), undershoot dari tegangan keluaran adalah 50mV, dan waktu pemulihan adalah 200us. Kemudian gambar 8 dan 9 menunjukkan bahwa langkah beban meningkat menjadi 50% dan beban 75%, itu membuat tegangan undershoot lebih besar, dan waktu pemulihan lebih lama.

• Tingkat perubahan beban yang berbeda

Gambar berikut di bawah ini menunjukkan bahwa tingkat perubahan beban yang berbeda. Semakin cepat arus beban naik atau turun, semakin besar tegangan keluaran undershoot atau overshoot. Sebaliknya, langkah beban yang lebih lambat menghasilkan perubahan tegangan keluaran yang lebih sedikit.

4. Metode yang ditingkatkan

• Tambahkan kapasitor keluaran

Untuk mencapai tegangan keluaran yang stabil, cara termudah meningkatkan kapasitansi keluaran, namun ESR dan ESL tetap perlu diperhatikan. Kapasitor keramik memiliki ESR yang rendah dan juga merupakan pilihan yang lebih baik dalam mengurangi transien tegangan. Umumnya, kapasitor keramik ditempatkan dekat dengan ujung beban dari aplikasi yang sebenarnya. Selain mengurangi transien tegangan, juga menghindari osilasi pada loop kontrol konverter. Selain itu, Anda dapat menambahkan kapasitor elektrolit di dekat keluaran konverter. Ketika ada langkah beban, kapasitor elektrolitik akan bereaksi cepat pada tahap awal sehingga rangkaian umpan balik dapat merespon lebih cepat, yang membantu dalam rangkaian respons umpan balik lambat.

 

• Saran tata letak

Di bawah beban dinamis, jarak antara konverter dan beban dapat mempengaruhi kualitas daya keluaran. Dan resistansi parasit dan induktansi pada jalur akan menyebabkan penurunan tegangan keluaran dan mengakibatkan pengaturan beban yang buruk. Jadi konverter dan beban perlu ditempatkan sedekat mungkin. Untuk mengurangi efek respons transien beban, umumnya kapasitansi keluaran dinaikkan untuk mengurangi respons tegangan keluaran, dan posisi kapasitor paling efektif di jalur arus utama.

5. Ringkasan

Dengan tren pasar, banyak produk elektronik cenderung membutuhkan arus yang lebih cepat dan lebih besar. Dalam pemilihan konverter daya, produk dengan tegangan keluaran yang stabil lebih populer. Uji respons transien dapat memahami stabilitas loop kontrol, pengaturan beban, waktu pemulihan transien, dan dering. Setelah memahami faktor-faktor yang mempengaruhi respon transien, metode perbaikan yang paling tepat dapat ditemukan untuk mendapatkan konverter daya yang lebih stabil.

 

 

CTC adalah penyedia layanan profesional untuk modul catu daya kelas atas (Konverter AC ke DC dan Konverter DC ke DC) untuk aplikasi penting di seluruh dunia sejak 30 tahun. Kompetensi inti kami adalah merancang dan memberikan produk dengan teknologi terdepan, harga kompetitif, waktu tunggu yang sangat fleksibel, layanan teknis global, dan manufaktur berkualitas tinggi (Made In Taiwan).

CTC adalah satu-satunya perusahaan yang bersertifikat ISO-9001, IATF-16949, ISO22613(IRIS), dan ESD/ANSI-2020. Kami dapat 100% memastikan tidak hanya produk, tetapi juga alur kerja dan layanan kami agar sesuai dengan sistem manajemen kualitas untuk setiap aplikasi kelas atas sejak awal. Dari desain hingga manufaktur dan dukungan teknis, setiap detail dioperasikan di bawah standar tertinggi.

Tinggalkan pesan 

Daftar pesan