Comment mesurer les ondulations et les transitoires dans les alimentations électriques

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Deux des spécifications les plus courantes lors de l'évaluation d'une alimentation électrique sont l'ondulation et le transitoire. Bien qu'elles puissent sembler être des mesures simples, deux aspects importants doivent être pris en compte pour obtenir les données correctes. Le premier est la technique de mesure lors de l'utilisation d'une sonde d'oscilloscope, tandis que le second concerne les conditions spécifiques sous lesquelles ces données sont spécifiées.

Techniques de Mesure Correctes avec une Sonde d'Oscilloscope

Avant de tenter de mesurer une ondulation ou un transitoire, il convient de discuter de quelques informations de base sur le sondage avec un oscilloscope. Comme l'amplitude du signal d'intérêt a tendance à être mesurée en millivolts, tout signal interne amplifié ou signal externe capté peut facilement obscurcir ou déformer le signal et conduire à des résultats incorrects. Il est extrêmement important d'atténuer cela grâce à des techniques de mesure de sonde appropriées.
 
La chose la plus importante que le testeur puisse faire pour garantir une bonne mesure est de minimiser la boucle de masse créée par la sonde. La boucle créée par le chemin de retour de la sonde provoque une inductance qui peut amplifier le bruit interne et capter le bruit externe. Les sondes sont généralement fournies avec une pince de masse de type crocodile, similaire à celle montrée dans l'image ci-dessous. Bien que simples à connecter, ces pinces de masse entraînent de grandes boucles de masse qui ne sont pas recommandées pour ces mesures. Au lieu de cela, il existe deux méthodes courantes et préférées pour obtenir une petite boucle de masse : la méthode « pointe et barillet » et la méthode « trombone ».

La méthode de la pointe et du barillet supprime la housse de protection et la pince de la sonde, laissant la pointe et le barillet de la sonde exposés. La pointe de la sonde est ensuite appliquée à la tension de sortie et le barillet est orienté de sorte qu'il entre en contact avec la masse à un point très proche de la pointe. Un inconvénient de cette méthode est que les points de sonde accessibles, ou les points où vous pouvez appliquer à la fois la pointe et le barillet, peuvent ne pas être idéaux et/ou être éloignés de tout condensateur de sortie. Idéalement, la sonde devrait être placée aussi près que possible du condensateur de sortie.

Bien que ce ne soient pas les seules méthodes pour obtenir un bon signal, des efforts doivent être faits pour que la boucle de masse soit aussi petite que possible, quel que soit la méthode choisie.

Ondulation et Bruit

Le ripple est la composante AC inhérente de la tension de sortie causée par la commutation interne de l'alimentation électrique. Le bruit est la manifestation des parasites dans l'alimentation électrique qui apparaissent comme des pics de tension haute fréquence sur la tension de sortie. Les fiches techniques spécifient une déviation maximale de crête à crête de la tension de sortie causée par le ripple et le bruit. Comme mentionné ci-dessus, il est important d'utiliser de bonnes méthodes de mesure pour garantir que la mesure représente avec précision le ripple et le bruit de l'alimentation électrique.
 
Lors du test du ripple et du bruit, il y a quelques conditions à garder à l'esprit. Tout d'abord, la charge a un impact significatif sur le ripple, il est donc important que la mesure soit prise dans les mêmes conditions de charge, généralement pleine charge, comme spécifié dans la fiche technique. La tension d'entrée affecte également le ripple et le test doit être effectué à toutes les tensions d'entrée d'intérêt. En plus des conditions électriques, de nombreux fabricants spécifient certains condensateurs externes (il est courant d'avoir un électrolytique de l'ordre de 10 µF et un céramique de 0,1 µF) qui sont appliqués à la sortie de l'alimentation pour les besoins de la mesure. La sonde doit être placée près de ces condensateurs. Enfin, il est courant de spécifier une limite de bande passante de 20 MHz sur le canal de l'oscilloscope pour cette mesure.
 
En général, une seule sonde d'oscilloscope est requise pour effectuer ce test, avec la sonde placée sur un condensateur de sortie ou un condensateur externe spécifié en utilisant les méthodes de mesure de sonde discutées ci-dessus.

Réponse transitoire

La réponse transitoire est la quantité de déviation que la tension de sortie peut avoir en raison d'un changement de charge. Lorsque la charge change, l'alimentation électrique ne peut pas réagir immédiatement aux nouvelles conditions et a soit trop d'énergie stockée, soit pas assez. L'excès d'énergie ou le manque d'énergie sera pris en charge par les condensateurs de sortie. Ils déchargeront leur charge pour maintenir la charge entraînant une diminution de la tension, ou ils stockeront l'excès d'énergie entraînant une augmentation de la tension. Sur plusieurs cycles de commutation, l'alimentation électrique s'ajustera pour ne stocker que l'énergie dont la charge a besoin, tandis que la tension de sortie reviendra à sa valeur nominale. Lors de la mesure de la réponse transitoire, la quantité par laquelle la tension de sortie s'écarte de sa valeur nominale, le temps nécessaire pour récupérer, ou le temps pendant lequel la tension sort des limites de régulation spécifiées sont d'intérêt.
 
Contrairement à l'ondulation et au bruit, dont les conditions sont limitées à la charge et à la tension d'entrée, la réponse transitoire présente quelques conditions supplémentaires qui peuvent affecter sa mesure. Les conditions importantes à noter sont la vitesse de balayage de l'étape de charge appliquée, le courant de départ et le courant de fin. La vitesse de balayage a un effet important sur la réponse transitoire car plus le changement de charge est rapide, plus la sortie s'écartera avant que l'alimentation électrique puisse rattraper les conditions changeantes. Les niveaux de courant de début et de fin peuvent également avoir un impact. Les alimentations se comportent souvent différemment à faible charge et un transitoire qui traverse entre ces régions peut amener l'alimentation à réagir différemment que si le transitoire se produisait dans une seule région. Les courants de départ et de fin, ainsi que la vitesse de balayage, déterminent également le temps pendant lequel le courant change et doivent correspondre aux conditions spécifiées.
 
Pour effectuer la mesure de réponse transitoire, l'utilisateur aura besoin de deux canaux d'oscilloscope. La première sonde doit être placée sur la sortie de l'alimentation électrique près des bornes de sortie ou du point de régulation. Mesurer la tension de sortie loin du point de régulation entraînera un décalage en courant continu entre les deux états de charge causé par la chute de tension dans le câblage de sortie. La seconde sonde doit être celle du courant ou d'un signal synchrone au changement de charge transitoire. Cette sonde sera utilisée comme déclencheur afin que la déviation résultante de la tension de sortie soit clairement visible.

Conclusion

Les ondulations et transitoires font partie intégrante de l'évaluation des alimentations électriques. Lors de la mesure de ces caractéristiques avec un oscilloscope, il est important de minimiser la boucle de la sonde pour éviter la distorsion des signaux en question. En plus des techniques de mesure appropriées des sondes, les conditions dans lesquelles la fiche technique spécifie ces mesures doivent également être connues et respectées pour que toute comparaison soit valide.
 
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