การตอบสนองชั่วคราวคืออะไร?

เครื่องแปลงไฟในอุดมคติต้องรักษาแรงดันไฟขาออกที่เสถียร ไม่ว่าโหลดจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร อย่างไรก็ตาม ในการใช้งาน ขั้นตอนของโหลดเอาต์พุตจะส่งผลต่อแรงดันเอาต์พุต ตัวอย่างเช่น ปริมาณการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟขาออกที่วัดได้สำหรับโหลดที่แตกต่างกันในสภาวะคงตัวคือการควบคุมโหลด เมื่อโหลดเปลี่ยนแปลงในสถานะชั่วคราว จำเป็นต้องพิจารณาโอเวอร์ชูต อันเดอร์ชูต และเวลากู้คืนของแรงดันไฟขาออก ตัวบ่งชี้ทั้งสามนี้ขึ้นอยู่กับระบบการชดเชยของตัวแปลง บทความนี้จะแนะนำกระบวนการเกิดของการตอบสนองชั่วคราวและปัจจัยที่ส่งผลต่อการตอบสนองชั่วคราว และสังเกตการเปลี่ยนแปลงของแรงดันเอาต์พุตภายใต้สภาวะต่างๆ ผ่านการวัดรูปคลื่นจริง และให้คำแนะนำสำหรับการปรับปรุง

1. การตอบสนองชั่วคราว

เมื่อโหลดเปลี่ยนแปลงทันที แรงดันไฟขาออกจะทำให้เกิดปฏิกิริยา กล่าวอีกนัยหนึ่ง คือ กระบวนการคืนค่าที่ตั้งไว้หลังจากแรงดันไฟขาออกเพิ่มขึ้นหรือลดลง ซึ่งเรียกว่าการตอบสนองชั่วคราว

ต่อไปนี้คือตัวแปลงพลังงานที่ใช้ในการวิเคราะห์ว่าการตอบสนองชั่วคราวเกิดขึ้นได้อย่างไร รูปที่ 1 เป็นแผนผังวงจรของตัวแปลงไฟ และรูปที่ 2 แสดงกระบวนการที่เมื่อกระแสโหลดจากเบาไปหนัก แรงดันไฟขาออกและกระแสเหนี่ยวนำจะทำปฏิกิริยาพร้อมกัน ภายใต้การเปลี่ยนแปลงในปัจจุบัน ความจุไม่สามารถถือเป็นตัวเก็บประจุในอุดมคติได้ ดังนั้นจึงต้องพิจารณาองค์ประกอบที่เป็นกาฝาก ซึ่งรวมถึงความต้านทานอนุกรมเทียบเท่า (ESR) และการเหนี่ยวนำอนุกรมเทียบเท่า (ESL)

เมื่อขั้นตอนการโหลดและกระแสไฟขาออกเพิ่มขึ้นทันที ตัวแปลงไม่สามารถตอบสนองต่อการจ่ายกระแสไฟเพียงพอในทันที ดังนั้นตัวเก็บประจุเอาท์พุตจะคายประจุเพื่อชดเชยการขาดกระแสไฟขาออก และ ESR และ ESL ของตัวเก็บประจุเอาท์พุทจะทำให้แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวเก็บประจุเอาท์พุท ESR ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าตกและมีความสัมพันธ์เชิงบวกกับระดับการเปลี่ยนแปลงของโหลด ESL จะลดแรงดันไฟทั้งสองด้านของตัวเก็บประจุเอาท์พุตและสร้างหนามแหลม ตามลักษณะของการเหนี่ยวนำ เดือยที่เกิดจาก ESL นั้นสัมพันธ์กับเวลาชั่วคราวของโหลด ถ้าโหลดเร็วขึ้น แรงดันไฟฟ้าก็จะยิ่งสูงขึ้น

เมื่อแอมพลิฟายเออร์ข้อผิดพลาดตรวจพบแรงดันตก ระบบป้อนกลับจะเพิ่มแรงดันไฟของตัวชดเชยและเพิ่มเวลาเปิดเครื่องของสวิตช์ Q1 เพื่อให้กระแสไฟเหนี่ยวนำเพิ่มขึ้นตามกระแสโหลดที่เพิ่มขึ้นและตัวเก็บประจุก็เริ่มชาร์จ แรงดันไฟขาออกมีแนวโน้มคงที่

การทดสอบการตอบสนองชั่วคราวสามารถเข้าใจความเสถียรของแรงดันเอาต์พุตของคอนเวอร์เตอร์ ข้อมูลจำเพาะของตัวแปลงกำลังมักจะกำหนดเวลาตอบสนองชั่วคราวและความคลาดเคลื่อนของแรงดันเอาต์พุต ในระหว่างการวัดต้องสังเกตว่าเวลาชั่วคราวของโหลดควรสั้นกว่าเวลาพักฟื้นชั่วคราว และระยะเวลาของโหลดชั่วคราวต้องมากกว่าเวลาการกู้คืนของตัวแปลง มิฉะนั้น ปัญหาความเสถียรไม่สามารถแสดงบนรูปคลื่น

รูปต่อไปนี้แสดงรูปคลื่นตอบสนองชั่วคราวทั่วไป ในกรณีนี้ เอาต์พุตคือ 12VDC โหลดได้ตั้งแต่ 75% ถึง 100% ถึง 75% การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าสูงสุดคือ 100mV ซึ่งเท่ากับ 0.8% ของแรงดันเอาต์พุต และเวลากู้คืนคือ 250ms กระบวนการกู้คืนชั่วคราวของแรงดันไฟฟ้าเป็นเส้นโค้งเรียบ ซึ่งแสดงลักษณะวงจรที่เสถียร

2. ปัจจัยที่ส่งผลต่อการตอบสนองชั่วคราว

ในระบบควบคุมทั่วไป มีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของการตอบสนองชั่วคราว อย่างแรกเลย ส่วนประกอบที่ใช้ในวงจรทั้งหมด เช่น ออปติคัลคัปปลิ้ง ไดโอด และหม้อแปลง จะมีเวลาหน่วง หมายความว่าเมื่อโหลดเปลี่ยนแปลง ตัวแปลงจะเริ่มปฏิกิริยาหลังจากเวลาหน่วงต่ำสุด เวลาหน่วงเวลาต่ำสุดนี้ไม่ได้แสดงถึงเวลาตอบสนองชั่วคราว แต่เป็นเพียงส่วนเล็กๆ เท่านั้น

ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อการตอบสนองชั่วคราว เช่น ระดับการชดเชยของแอมพลิฟายเออร์ข้อผิดพลาดภายใน แอมพลิฟายเออร์ข้อผิดพลาดใช้เพื่อปรับ PWM (Pulse Width Modulation) และ PWM จะปรับเวลาของทรานซิสเตอร์เพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของแรงดันเอาต์พุต และแบนด์วิดท์ของลูปควบคุมจะส่งผลต่อความเร็วของการปรับ เมื่อแบนด์วิดท์มีขนาดใหญ่ขึ้น โหลดชั่วคราวสามารถปรับได้รวดเร็วยิ่งขึ้น

ปัจจัยสองประการส่งผลต่อการตอบสนองชั่วคราวในสภาวะภายนอก หนึ่งคือความจุเอาต์พุต หากความจุมีขนาดใหญ่ แรงดันไฟขาออกที่ต่ำกว่าหรือเกินพิกัดสามารถลดลงได้ แต่เวลาในการฟื้นตัวจะเพิ่มขึ้น ประการที่สองคือขนาดของการเปลี่ยนแปลงและอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสโหลด เมื่อกระแสโหลดเพิ่มขึ้นหรือลดลงอย่างช้าๆ ค่าสูงสุดของแรงดันเอาต์พุตจะน้อย นอกจากนี้ เมื่อขนาดของขั้นโหลดเพิ่มขึ้น แรงดันไฟขาออกจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงอย่างรวดเร็ว

3. รูปคลื่น

• ความจุที่แตกต่างกัน

เมื่อขั้นตอนโหลดได้รับการแก้ไข (โหลด 50% ถึง 100%) การเปลี่ยนแปลงเพียงอย่างเดียวคือค่าความจุของตัวเก็บประจุเอาต์พุต สามารถทราบได้จากรูปคลื่นสามรูปต่อไปนี้ว่ายิ่งความจุมีขนาดใหญ่เท่าใด ความแปรผันของแรงดันเอาต์พุตก็จะน้อยลง แต่เวลาการกู้คืนจะเพิ่มขึ้น

• ขนาดต่าง ๆ ของขั้นตอนการโหลด

เมื่อความจุเอาต์พุตคงที่ (100uF) ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือขนาดของการเปลี่ยนแปลงขั้นตอนการโหลด เมื่อขั้นตอนการโหลดคือโหลด 25% (จาก 75% ถึง 100%) แรงดันไฟขาออกด้านล่างคือ 50mV และเวลาในการกู้คืนคือ 200us จากนั้นรูปที่ 8 และ 9 แสดงว่าขั้นตอนการโหลดเพิ่มขึ้นเป็น 50% และโหลด 75% ทำให้แรงดันไฟล่างมีขนาดใหญ่ขึ้น และเวลาการกู้คืนต้องนานขึ้น

• อัตราการเปลี่ยนแปลงโหลดที่แตกต่างกัน

ตัวเลขต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าอัตราการเปลี่ยนแปลงของโหลดต่างกัน ยิ่งกระแสโหลดเพิ่มขึ้นหรือลดลงเร็วเท่าใด แรงดันไฟขาออกที่ต่ำกว่าหรือโอเวอร์ชูตก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ในทางตรงกันข้าม ขั้นตอนการโหลดที่ช้าลงส่งผลให้แรงดันไฟขาออกเปลี่ยนแปลงน้อยลง

4. ปรับปรุงวิธีการ

• เพิ่มตัวเก็บประจุเอาท์พุท

เพื่อให้ได้แรงดันเอาต์พุตที่เสถียร วิธีที่ง่ายที่สุดในการเพิ่มความจุเอาต์พุต แต่ ESR และ ESL ยังคงต้องพิจารณา ตัวเก็บประจุแบบเซรามิกมี ESR ต่ำและยังเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าในการลดแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะ โดยทั่วไป ตัวเก็บประจุแบบเซรามิกจะวางใกล้กับจุดสิ้นสุดโหลดของการใช้งานจริง นอกจากการลดแรงดันชั่วขณะแล้ว ยังหลีกเลี่ยงการสั่นในลูปควบคุมของคอนเวอร์เตอร์อีกด้วย นอกจากนี้ คุณสามารถเพิ่มตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าใกล้กับเอาต์พุตของคอนเวอร์เตอร์ เมื่อมีขั้นตอนการโหลด ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าจะทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วในระยะเริ่มต้น เพื่อให้วงจรป้อนกลับสามารถตอบสนองได้เร็วขึ้น ซึ่งเป็นประโยชน์ในวงจรตอบสนองที่ช้า

 

• เค้าโครงคำแนะนำ

ภายใต้ไดนามิกโหลด ระยะห่างระหว่างคอนเวอร์เตอร์และโหลดอาจส่งผลต่อคุณภาพของกำลังขับ และความต้านทานปรสิตและการเหนี่ยวนำบนเส้นทางจะทำให้แรงดันไฟขาออกตกและส่งผลให้การควบคุมโหลดไม่ดี ดังนั้นจึงต้องวางตัวแปลงและโหลดไว้ใกล้กันมากที่สุด เพื่อลดผลกระทบของการตอบสนองของโหลดชั่วคราว โดยทั่วไป ความจุเอาต์พุตจะเพิ่มขึ้นเพื่อลดการตอบสนองแรงดันเอาต์พุต และตำแหน่งของตัวเก็บประจุจะมีประสิทธิภาพมากที่สุดในเส้นทางกระแสหลัก

5 สรุป

ด้วยแนวโน้มของตลาด ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากมักต้องการกระแสที่เร็วและมากขึ้น ในการเลือกตัวแปลงกำลังไฟฟ้า ผลิตภัณฑ์ที่มีแรงดันไฟขาออกที่เสถียรเป็นที่นิยมมากกว่า การทดสอบการตอบสนองชั่วคราวสามารถเข้าใจความเสถียรของลูปควบคุม การควบคุมโหลด เวลาพักฟื้นชั่วคราว และเสียงเรียกเข้า หลังจากทำความเข้าใจปัจจัยที่ส่งผลต่อการตอบสนองชั่วคราวแล้ว วิธีการปรับปรุงที่เหมาะสมที่สุดสามารถค้นหาเพื่อให้ได้ตัวแปลงพลังงานที่เสถียรยิ่งขึ้น

 

 

CTC เป็นผู้ให้บริการระดับมืออาชีพสำหรับโมดูลจ่ายไฟระดับไฮเอนด์ (AC to DC Converter และ DC to DC Converter) สำหรับการใช้งานที่สำคัญทั่วโลกตั้งแต่ 30 ปี ความสามารถหลักของเราคือการออกแบบและส่งมอบผลิตภัณฑ์ด้วยเทคโนโลยีชั้นนำ ราคาที่แข่งขันได้ ระยะเวลารอคอยสินค้าที่ยืดหยุ่นอย่างยิ่ง บริการด้านเทคนิคระดับโลก และการผลิตคุณภาพสูง (Made In Taiwan)

CTC เป็นบริษัทเดียวที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO-9001, IATF-16949, ISO22613(IRIS) และ ESD/ANSI-2020 เราสามารถรับประกันได้ 100% ไม่เพียงแต่ผลิตภัณฑ์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงขั้นตอนการทำงานและบริการของเราเพื่อให้ตรงกับระบบการจัดการคุณภาพสำหรับแอปพลิเคชันระดับไฮเอนด์ทุกตัวตั้งแต่เริ่มต้น ตั้งแต่การออกแบบไปจนถึงการผลิตและการสนับสนุนทางเทคนิค ทุกรายละเอียดดำเนินการภายใต้มาตรฐานสูงสุด

ฝากข้อความ 

รายการข้อความ