Qu'est-ce que la réponse transitoire ?

Un convertisseur de puissance idéal doit maintenir une tension de sortie stable, quelle que soit l'évolution de la charge. Cependant, dans les applications, le pas de charge de sortie affectera la tension de sortie. Par exemple, la quantité de changement de la tension de sortie mesurée pour différentes charges en régime permanent est la régulation de charge. Lorsque la charge change dans un état transitoire, il est nécessaire de prendre en compte le dépassement, le sous-dépassement et le temps de récupération de la tension de sortie. Ces trois indicateurs reposent tous sur le système de compensation du convertisseur. Cet article présentera le processus d'occurrence de la réponse transitoire et les facteurs qui affectent la réponse transitoire et observera les changements de tension de sortie dans différentes conditions grâce à la mesure de la forme d'onde réelle, et fournira des suggestions d'amélioration.

1. Réponse transitoire

Lorsque la charge change instantanément, la tension de sortie produira une réaction. En d'autres termes, le processus de retour à la valeur définie après que la tension de sortie augmente ou diminue, qui s'appelle la réponse transitoire.

Ce qui suit est le convertisseur de puissance est utilisé pour analyser comment la réponse transitoire se produit. La figure 1 est un schéma de circuit du convertisseur de puissance. Et la figure 2 montre le processus selon lequel lorsque le courant de charge de léger à élevé, la tension de sortie et le courant d'inducteur réagissent en même temps. Sous les changements actuels, la capacité ne peut pas être considérée comme un condensateur idéal, donc les éléments parasites doivent être pris en compte, y compris la résistance série équivalente (ESR) et l'inductance série équivalente (ESL).

Lorsque le pas de charge et le courant de sortie augmentent instantanément, le convertisseur ne peut pas répondre pour fournir suffisamment de courant immédiatement. Ainsi, le condensateur de sortie se décharge pour compenser le manque de courant de sortie, et l'ESR et l'ESL du condensateur de sortie feront chuter la tension aux bornes du condensateur de sortie. L'ESR provoque une chute de tension et est positivement corrélée avec le degré de changement de charge. ESL réduit la tension des deux côtés du condensateur de sortie et génère des pointes. Selon les caractéristiques de l'inductance, les pointes générées par ESL sont liées au temps transitoire de charge. Si plus la charge augmente rapidement, plus les pics de tension générés sont importants.

Lorsque la chute de tension est détectée par l'amplificateur d'erreur, le système de rétroaction augmentera la tension du compensateur et augmentera le temps d'activation du commutateur Q1. De sorte que le courant de l'inducteur augmente pour répondre au courant de charge accru et que le condensateur commence à se charger. La tension de sortie tend à se stabiliser.

Le test de réponse transitoire peut comprendre la stabilité de la tension de sortie du convertisseur. Les spécifications du convertisseur de puissance ont généralement défini le temps de réponse transitoire et la tolérance de la tension de sortie. Il faut noter pendant la mesure que le temps transitoire de charge doit être beaucoup plus court que le temps de récupération transitoire, et la période du transitoire de charge doit être supérieure au temps de récupération du convertisseur, sinon le problème de stabilité ne peut pas être affiché sur la forme d'onde.

La figure suivante montre une forme d'onde de réponse transitoire typique. Dans ce cas, la sortie est de 12VDC, la charge est de 75 % à 100 % à 75 %, le changement de tension maximum est de 100 mV, ce qui équivaut à 0.8 % de la tension de sortie, et le temps de récupération est de 250 ms. Le processus de récupération des transitoires de tension est une courbe lisse, montrant des caractéristiques de circuit stables.

2. Les facteurs affectent la réponse transitoire

Dans le système de contrôle général, plusieurs facteurs affectent les performances de la réponse transitoire. Tout d'abord, les composants utilisés dans l'ensemble de la boucle, tels que le couplage optique, les diodes et les transformateurs, ont un temps de retard. Cela signifie que lorsque la charge change, le convertisseur commencera à réagir après le temps de retard minimum. Ce temps de retard minimum ne représente pas le temps de réponse transitoire, mais seulement une petite partie de celui-ci.

Les principaux facteurs qui affectent la réponse transitoire comme le niveau de compensation de l'amplificateur d'erreur interne. L'amplificateur d'erreur est utilisé pour ajuster le PWM (Pulse Width Modulation), et le PWM module le temps d'activation du transistor pour répondre au changement de la tension de sortie. Et la bande passante de la boucle de contrôle affectera la vitesse de réglage. Lorsque la bande passante est plus grande, le transitoire de charge peut s'ajuster plus rapidement.

Deux facteurs affectent la réponse transitoire dans des conditions externes. L'un est la capacité de sortie. Si la capacité est grande, le sous-dépassement ou le dépassement de la tension de sortie peut diminuer, mais le temps de récupération augmentera. Le second est l'amplitude du changement et le taux de changement du courant de charge. Lorsque le courant de charge augmente ou diminue lentement, la valeur de crête de la tension de sortie est faible. De plus, lorsque l'amplitude du pas de charge augmente, la tension de sortie augmente ou diminue fortement.

3. La forme d'onde

• Différent de la capacité

Lorsque le pas de charge est fixe (50 % à 100 % de charge), le seul changement est la valeur de capacité du condensateur de sortie. Il peut savoir à partir des trois formes d'onde suivantes que plus la capacité est grande, moins la variation de la tension de sortie est importante, mais le temps de récupération augmentera.

• Différentes amplitudes de pas de charge

Lorsque la capacité de sortie est fixe (100 uF), la seule différence est l'amplitude du changement de pas de charge. Lorsque le pas de charge est de 25 % de charge (de 75 % à 100 %), le sous-dépassement de la tension de sortie est de 50 mV et le temps de récupération est de 200 us. Ensuite, les figures 8 et 9 montrent que le pas de charge augmente jusqu'à 50% et 75% de charge, cela rend la tension de sous-dépassement plus grande et le temps de récupération est plus long.

• Taux différent de changement de charge

Les figures suivantes ci-dessous montrent que les différents taux de changement de charge. Plus le courant de charge augmente ou diminue rapidement, plus le sous-dépassement ou le dépassement de la tension de sortie est important. En revanche, l'étape de charge plus lente entraîne une variation moindre de la tension de sortie.

4. Méthode améliorée

• Ajouter un condensateur de sortie

Pour obtenir une tension de sortie stable, le moyen le plus simple d'augmenter la capacité de sortie, mais l'ESR et l'ESL doivent toujours être pris en compte. Les condensateurs en céramique ont une faible ESR et sont également un meilleur choix pour réduire les transitoires de tension. En règle générale, les condensateurs en céramique sont placés près de l'extrémité de charge de l'application réelle. En plus de réduire les transitoires de tension, il évite également les oscillations dans la boucle de contrôle du convertisseur. En outre, vous pouvez ajouter un condensateur électrolytique près de la sortie du convertisseur. Lorsqu'il y a une étape de charge, le condensateur électrolytique réagira rapidement au stade initial afin que le circuit de rétroaction puisse répondre plus rapidement, ce qui est utile dans les circuits de réponse à rétroaction lente.

 

• Suggestion de mise en page

Sous des charges dynamiques, la distance entre le convertisseur et la charge peut affecter la qualité de la puissance de sortie. Et la résistance et l'inductance parasites sur le chemin provoqueront une chute de tension de sortie et entraîneront une mauvaise régulation de la charge. Le convertisseur et la charge doivent donc être placés le plus près possible. Pour réduire l'effet de la réponse transitoire de charge, généralement, la capacité de sortie est augmentée pour réduire la réponse de tension de sortie, et la position des condensateurs est la plus efficace dans le chemin de courant principal.

5. Résumé

Avec la tendance du marché, de nombreux produits électroniques ont tendance à nécessiter un courant plus rapide et plus important. Dans la sélection des convertisseurs de puissance, les produits avec une tension de sortie stable sont plus populaires. Le test de réponse transitoire peut comprendre la stabilité de la boucle de contrôle, la régulation de la charge, le temps de récupération transitoire et la sonnerie. Après avoir compris les facteurs qui affectent la réponse transitoire, la méthode d'amélioration la plus appropriée peut être trouvée pour obtenir un convertisseur de puissance plus stable.

 

 

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