Wie man Ripple und Transienten in Netzteilen misst

Erfahren Sie mehr darüber, wie Sie Ripple und Transienten in Stromversorgungen messen können, in diesem hilfreichen Artikel von CUI Inc.

Zwei der häufigsten Spezifikationen bei der Bewertung eines Netzteils sind Ripple und Transient. Obwohl sie wie einfache Messungen erscheinen mögen, gibt es zwei wichtige Aspekte, die beachtet werden sollten, um die korrekten Daten zu erhalten. Der erste betrifft die Messtechnik bei der Verwendung einer Oszilloskopsonde, während der zweite sich auf die spezifischen Bedingungen bezieht, unter denen diese Daten spezifiziert werden.

Richtige Messtechniken mit einer Oszilloskop-Sonde

Bevor versucht wird, Ripple oder Transienten zu messen, sollte etwas Hintergrundwissen zum Messen mit einem Oszilloskop besprochen werden. Da die Größe des interessierenden Signals dazu neigt, in Millivolt gemessen zu werden, kann jedes verstärkte interne Signal oder extern aufgenommene Signal das Signal leicht überdecken oder verzerren und zu falschen Ergebnissen führen. Es ist äußerst wichtig, dies durch geeignete Probenmessungstechniken zu mindern.
 
Das Wichtigste, was der Tester tun kann, um eine gute Messung zu gewährleisten, ist, die durch die Sonde erzeugte Masseschleife zu minimieren. Die durch den Rückweg der Sonde erzeugte Schleife verursacht eine Induktivität, die interne Störungen verstärken und externe Störungen aufnehmen kann. Sonden werden typischerweise mit einem Erdungsklip im Alligator-Stil geliefert, ähnlich dem unten abgebildeten. Obwohl einfach zu verbinden, führen diese Erdungsklipse zu großen Masseschleifen, die für diese Messungen nicht empfohlen werden. Stattdessen gibt es zwei gängige und bevorzugte Methoden, um eine kleine Masseschleife zu erreichen: die "Tip-and-Barrel"-Methode und die "Paperclip"-Methode.

Bei der Tip-and-Barrel-Methode wird die Erdungsabdeckung und die Sondenklemme entfernt, wodurch die Spitze und der Schaft der Sonde freigelegt werden. Die Spitze der Sonde wird dann an die Ausgangsspannung angelegt, und der Schaft wird so geneigt, dass er an einem Punkt sehr nahe an der Spitze Kontakt zur Erde hat. Ein Nachteil dieser Methode ist, dass die zugänglichen Sondenpunkte, oder Punkte, an denen sowohl die Spitze als auch der Schaft angelegt werden können, möglicherweise nicht ideal sind und/oder in einiger Entfernung zu einem Ausgangskondensator liegen. Idealerweise sollte die Sonde so nah wie möglich am Ausgangskondensator platziert werden.

Obwohl dies nicht die einzigen Methoden sind, um ein gutes Signal zu erhalten, sollten Anstrengungen unternommen werden, die Masseschleife unabhängig von der gewählten Methode so klein wie möglich zu halten.

Welligkeit und Rauschen

Ripple ist die inhärente Wechselstromkomponente der Ausgangsspannung, die durch das interne Schalten der Stromversorgung verursacht wird. Rauschen ist die Manifestation von parasitären Effekten innerhalb der Stromversorgung, die als Hochfrequenz-Spannungsspitzen auf der Ausgangsspannung erscheinen. Datenblätter geben eine maximale Spitze-Spitze-Abweichung der Ausgangsspannung an, die durch Ripple und Rauschen verursacht wird. Wie oben diskutiert, ist es wichtig, gute Messmethoden zu verwenden, um sicherzustellen, dass die Messung das Ripple und Rauschen der Stromversorgung genau widerspiegelt.
 
Beim Testen von Ripple und Rauschen gibt es einige Bedingungen, an die man sich erinnern sollte. Erstens hat die Belastung einen erheblichen Einfluss auf das Ripple; daher ist es wichtig, dass die Messung unter den gleichen Belastungsbedingungen durchgeführt wird, die typischerweise volle Last sind, wie im Datenblatt angegeben. Auch die Eingangsspannung beeinflusst das Ripple, und der Test sollte bei allen interessierenden Eingangsspannungen durchgeführt werden. Zusätzlich zu den elektrischen Bedingungen spezifizieren viele Hersteller einige externe Kondensatoren (es ist üblich, einen Elektrolytkondensator von etwa 10 µF und einen keramischen von 0,1 µF zu verwenden), die für die Messung am Ausgang der Stromversorgung angebracht werden. Die Messsonde sollte in der Nähe dieser Kondensatoren platziert werden. Schließlich ist es üblich, bei diesem Messvorgang eine Bandbreitenbegrenzung von 20 MHz auf den Oszilloskopkanal anzugeben.
 
Im Allgemeinen wird für diesen Test nur eine Sondenspitze benötigt, wobei die Sonde über einen Ausgangskondensator oder einen spezifizierten externen Kondensator platziert wird, unter Verwendung der oben diskutierten Messmethoden.

Transientenanalyse

Die Einschwingantwort ist die Menge, um die sich die Ausgangsspannung aufgrund einer Änderung der Last verändern kann. Wenn sich die Last ändert, kann das Netzteil nicht sofort auf die neuen Bedingungen reagieren und hat entweder zu viel gespeicherte Energie oder nicht genug. Die überschüssige Energie oder der Energieverlust fällt in die Verantwortung der Ausgangskondensatoren. Sie geben entweder ihre Ladung ab, um die Last zu halten, was zu einem Spannungsabfall führt, oder sie speichern die überschüssige Energie, was zu einem Spannungsanstieg führt. Über mehrere Schaltzyklen passt sich das Netzteil an, um nur die Energie zu speichern, die die Last benötigt, während die Ausgangsspannung zu ihrem Nennwert zurückkehrt. Bei der Messung der Einschwingantwort ist die Menge, um die die Ausgangsspannung von ihrem Nennwert abweicht, die Zeit, die zur Erholung benötigt wird, oder die Zeit, in der die Spannung außerhalb der angegebenen Regelgrenzen fällt, von Interesse.
 
Im Gegensatz zu Welligkeit und Störgeräuschen, deren Bedingungen auf die Last und die Eingangsspannung beschränkt sind, hat die Einschwingantwort einige zusätzliche Bedingungen, die ihre Messung beeinflussen können. Wichtige Bedingungen sind die Steilheit des angelegten Lastsprungs, der Startstrom und der Endstrom. Die Steilheit hat einen großen Einfluss auf die Einschwingantwort, weil je schneller sich die Last ändert, desto mehr wird der Ausgang abweichen, bevor das Netzteil die sich ändernden Bedingungen einholen kann. Auch die Anfangs- und Endstromstärken können sich auswirken. Netzteile verhalten sich bei geringen Lasten oft anders, und ein Sprung, der zwischen diesen Bereichen liegt, kann dazu führen, dass das Netzteil anders reagiert, als wenn der Sprung in einem einzigen Bereich auftritt. Die Start- und Endströme zusammen mit der Steilheit bestimmen auch die Zeit, in der sich der Strom ändert und sollten den angegebenen Bedingungen entsprechen.
 
Um die Einschwingantwort zu messen, benötigt der Benutzer zwei Oszilloskopkanäle. Die erste Sonde sollte in der Nähe der Ausgangspins oder des Regelpunkts über den Ausgang des Netzteils gelegt werden. Das Messen der Ausgangsspannung abseits des Regelpunkts verursacht einen Gleichstrom-Versatz zwischen den beiden Lastzuständen, verursacht durch Spannungsabfall in den Ausgangsleitungen. Die zweite Sonde sollte den Strom oder ein Signal sein, das synchron zur Laständerung ist. Diese Sonde wird als Auslöser verwendet, damit die resultierende Abweichung der Ausgangsspannung deutlich sichtbar wird.

Fazit

Ripple und Transienten sind ein häufiger Bestandteil der Bewertung von Stromversorgungen. Beim Messen dieser Eigenschaften mit einem Oszilloskop ist es wichtig, dass die Schlaufenfläche der Sonde minimiert wird, um Verzerrungen der betreffenden Signale zu vermeiden. Neben den richtigen Messverfahren mit der Sonde müssen auch die Bedingungen, unter denen das Datenblatt diese Messungen spezifiziert, bekannt sein und eingehalten werden, damit ein Vergleich gültig ist.
 
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