Cómo medir el rizado y los transitorios en fuentes de alimentación

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Dos de las especificaciones más comunes al evaluar una fuente de alimentación son el rizado y el transitorio. Aunque pueden parecer mediciones simples, hay dos aspectos importantes que se deben tener en cuenta para obtener los datos correctos. El primero es la técnica de medición al utilizar una sonda de osciloscopio, mientras que el segundo se relaciona con las condiciones específicas bajo las cuales se especifican esos datos.

Técnicas adecuadas de medición usando una sonda de osciloscopio

Antes de intentar medir el rizado o el transitorio, se debe discutir un poco de antecedentes sobre el sondeo con un osciloscopio. Dado que la magnitud de la señal de interés tiende a medirse en milivoltios, cualquier señal interna que se amplifique o señal externa que se recoja puede fácilmente oscurecer o distorsionar la señal y llevar a resultados incorrectos. Es extremadamente importante mitigar esto a través de técnicas adecuadas de medición con sonda.
 
Lo más importante que puede hacer el probador para asegurar una buena medición es minimizar el lazo de tierra creado por la sonda. El lazo creado por el camino de retorno de la sonda causa una inductancia que puede amplificar el ruido interno y captar el ruido externo. Las sondas típicamente vienen con un clip de tierra estilo caimán, similar al mostrado en la imagen abajo. Aunque son simples de conectar, estos clips de tierra llevan a grandes lazos de tierra que no se recomiendan para estas mediciones. En su lugar, hay dos métodos comunes y preferidos para lograr un pequeño lazo de tierra: el método de "punta y barril" y el método de "clip de papel".

El método de punta y barril elimina la cubierta de tierra y el clip de sonda, dejando expuesta la punta y el barril de la sonda. La punta de la sonda se aplica al voltaje de salida y el barril se inclina de manera que haga contacto con tierra en un punto muy cercano a la punta. Un inconveniente de este método es que los puntos de sonda accesibles, o los puntos en los que se pueden aplicar tanto la punta como el barril, pueden no ser ideales y/o estar a una distancia de cualquier condensador de salida. Idealmente, la sonda debería colocarse lo más cerca posible del condensador de salida.

Aunque estos no son los únicos métodos para adquirir una buena señal, se deben hacer esfuerzos para mantener el bucle de tierra lo más pequeño posible, independientemente del método elegido.

Ondulación y Ruido

Ripple es la componente ac inherente del voltaje de salida causada por la conmutación interna de la fuente de alimentación. El ruido es la manifestación de parasitismos dentro de la fuente de alimentación que aparecen como picos de voltaje de alta frecuencia en el voltaje de salida. Las hojas de datos especifican una desviación máxima pico a pico del voltaje de salida causada por el ripple y el ruido. Como se ha discutido anteriormente, es importante utilizar buenos métodos de sondeo para garantizar que la medición represente con precisión el ripple y el ruido de la fuente de alimentación.
 
Al probar el ripple y el ruido hay algunas condiciones que recordar. Primero, la carga tiene un impacto significativo en el ripple, por lo tanto, es importante que la medición se realice bajo las mismas condiciones de carga, típicamente carga completa, como se especifica en la hoja de datos. El voltaje de entrada también afecta al ripple y la prueba debe realizarse en todos los voltajes de entrada de interés. Además de las condiciones eléctricas, muchos fabricantes especifican algunos condensadores externos (es típico tener un electrolítico del orden de 10 µF y un cerámico de 0.1 µF) que se aplican a la salida de la fuente de alimentación para los propósitos de la medición. La sonda debe colocarse cerca de estos condensadores. Por último, es típico especificar un límite de ancho de banda de 20 MHz en el canal del osciloscopio para esta medición.
 
En general, solo se requiere una sonda de osciloscopio para realizar esta prueba, con la sonda colocada sobre un condensador de salida o un condensador externo especificado utilizando los métodos de medición de sonda discutidos anteriormente.

Respuesta transitoria

La respuesta transitoria es la cantidad que el voltaje de salida puede desviarse debido a un cambio en la carga. Cuando la carga cambia, la fuente de alimentación no puede reaccionar inmediatamente a las nuevas condiciones y ya sea que tenga demasiada energía almacenada o no lo suficiente. El exceso de energía o la falta de energía será responsabilidad de los capacitores de salida. Estos expenderán su carga para mantener la carga ocasionando una disminución de voltaje, o almacenarán el exceso de energía causando un aumento en el voltaje. A lo largo de varios ciclos de conmutación, la fuente de alimentación ajustará para almacenar solo la energía que la carga necesita, mientras que el voltaje de salida volverá a su valor nominal. Al medir la respuesta transitoria, la cantidad que el voltaje de salida se desvía de su valor nominal, el tiempo de recuperación, o el tiempo que el voltaje cae fuera de los límites de regulación especificados son todos de interés.
 
A diferencia de los picos y el ruido, cuyas condiciones están limitadas a la carga y el voltaje de entrada, la respuesta transitoria tiene algunas condiciones adicionales que pueden afectar su medición. Las condiciones importantes a tener en cuenta son la tasa de variación del paso de carga aplicado, la corriente inicial y la corriente final. La tasa de variación tiene un gran efecto en la respuesta transitoria porque cuanto más rápido cambia la carga, más se desviará la salida antes de que la fuente de alimentación pueda adaptarse a las condiciones cambiantes. Los niveles de corriente iniciales y finales también pueden tener un impacto. Las fuentes de alimentación a menudo se comportan de manera diferente con cargas ligeras y un transitorio que cruza entre estas regiones puede hacer que la fuente de alimentación reaccione de manera diferente a si el transitorio ocurriera en una sola región. Las corrientes de inicio y fin, junto con la tasa de variación, también determinan el tiempo en el que la corriente está cambiando y deben coincidir con las condiciones especificadas.
 
Para realizar la medición de respuesta transitoria, el usuario necesitará dos canales de osciloscopio. La primera sonda debe estar a través de la salida de la fuente de alimentación cerca de los pines de salida o el punto de regulación. Medir el voltaje de salida lejos del punto de regulación causará un desplazamiento de CC entre los dos estados de carga provocado por la caída de voltaje en el cableado de salida. La segunda sonda debe ser de la corriente o de una señal que sea sincrónica al cambio de carga transitoria. Esta sonda se utilizará como disparador para que la desviación del voltaje de salida resultante pueda ser vista claramente.

Conclusión

El rizado y los transitorios son una parte común de la evaluación de fuentes de alimentación. Al medir estas características con un osciloscopio, es importante que el área del bucle de la sonda se minimice para evitar la distorsión de las señales en cuestión. Además de las técnicas adecuadas de medición con sondas, las condiciones bajo las cuales la hoja de especificaciones indica estas mediciones también deben conocerse y cumplirse para que cualquier comparación sea válida.
 
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