Funcționarea în mod rafală O sabie cu două tăișuri
Autor:
Dylan Howes, inginer de aplicații, TT Electronics
Data
06/07/2019
Strategiile inteligente pot evita efectele adverse și adesea neprevăzute asupra emisiilor de RF și compatibilitatea produsului final
Faceți clic pe imagine pentru a mări
Figura 1: Forma de undă Vg sub încărcare relativ grea, rezistivă. (f = 100kHz)
Ca răspuns la standardele în continuă evoluție a eficienței alimentării cu energie electrică, producătorii de surse de energie utilizează funcționarea în modul rafală (printre alte strategii de economisire a energiei) pentru a reduce consumul de energie de așteptare al adaptoarelor de alimentare externe. Tehnicile de conversie eficiente nu vin fără un anumit cost. Funcționarea în mod rafală poate avea efecte adverse și adesea neprevăzute asupra emisiilor RF și asupra compatibilității produsului final. Acest articol va oferi o scurtă privire de ansamblu asupra potențialelor probleme și câteva soluții posibile.
Când Departamentul Energiei (DoE) și-a pus în practică acum familiare cerințe de eficiență de nivel VI, în 2016, producătorii de echipamente electronice din întreaga lume au trebuit să reacționeze - adoptând noi strategii concepute pentru a îndeplini noi cerințe stricte pentru eficiența modului mediu-activ și pentru o perioadă de repaus consumul de energie. Acum, pe măsură ce legislația de nivel 2 privind Codul de conduită (CoC) se apropie de adoptare în Uniunea Europeană, o tendință similară a industriei se dezvoltă. Noua legislație va necesita putere de intrare fără sarcină pentru ca unele adaptoare externe să rămână sub o măsură de 75mW și va specifica, de asemenea, o țintă de eficiență dificilă pentru funcționare la 10% din sarcina nominală. Respectarea oricăruia dintre aceste mandate nu este o minunăție pentru o sursă de alimentare, iar utilizarea funcționării în modul rafală va continua să se dovedească esențială în proiectele viitoare.
Modul rafală este un mod operațional prin care circuitul de control al sursei de alimentare și circuitul de comutare (și uneori caracteristici suplimentare) sunt dezactivate intermitent atunci când sarcina de curent continuu (DC) este deosebit de ușoară sau absentă. Caracteristica poate fi gândită ca un semnal de gating cu un ciclu de funcționare care este proporțional cu sarcina suprapusă semnalului de comutare standard al modulației lățimii impulsurilor (PWM), care în sine este în esență un tren de impulsuri cu un timp proporțional cu sarcina DC instantanee. „Semnalul de gating” în modul rafală are pur și simplu o perioadă mult mai lungă, astfel încât mai multe impulsuri PWM apar în timpul unei singure „rafale”. Relativ vorbind, o mare cantitate de energie se pierde atunci când un tranzistor cu efect de câmp semiconductor metal-oxid (MOSFET) comută stările, ceea ce se întâmplă în timpul fiecărui ciclu de operare standard de alimentare cu comutare (SMPS). Aceste pierderi pe unitate de timp sunt proporționale cu frecvența de comutare (deoarece comutatorul schimbă stările mai frecvent pe unitate de timp). Dacă sarcina de curent continuu este ușoară și nu trebuie transferată multă energie din primar în secundar, ciclul de funcționare PWM va scădea la o valoare minimă, dar altfel ar schimba stările la fel de des, presupunând un dispozitiv cu frecvență fixă.
Deoarece schimbarea ciclului de funcționare a semnalului PWM nu afectează neapărat eficiența, ideea semnalului de porțiere suplimentară este de a elimina complet ciclurile de comutare care nu sunt necesare pentru a menține sarcina, reducând în mod eficient pierderile de comutare. Aceasta este o practică importantă, nu doar pentru o funcționare fără sarcină (reducerea consumului de repaus), ci și pentru o operare cu sarcină ușoară, deoarece dominanța oricărui mecanism de pierdere este semnificativ mai mare atunci când puterea de ieșire este mică. Pentru a exemplifica acest mod operațional, Figura 1 arată semnalul de impuls al porții MOSFET (Vg) al unei surse de alimentare reprezentative în timp ce funcționează sub o sarcină rezistivă grea (un tren de impulsuri periodic, periodic cu perioadă fixă și ciclu fix de funcționare), în timp ce Figura 2 arată Vg în timp ce sursa de alimentare funcționează sub sarcină. Figura 3 arată o vedere mărită a „rafalelor” prezentate în Figura 2. Observați că trenul original de impulsuri nu a schimbat frecvența, ci mai degrabă segmente întregi ale trenului de impulsuri au fost închise, eliminând o multitudine de tranziții MOSFET.
Faceți clic pe imagine pentru a mări
Figura 2: Un tren de impulsuri Vg care este închis în modul rafală. Impulsurile individuale PWM nu sunt vizibile din cauza scalei de timp (a se vedea figura 3 pentru o primă plană)