Come Misurare l'Ondulazione e i Transitori negli Alimentatori

Scopri di più su come misurare ripple e transitori negli alimentatori con questo utile articolo di CUI Inc.

Due delle specifiche più comuni quando si valuta un alimentatore sono il ripple e il transiente. Sebbene possano sembrare misurazioni semplici, ci sono due aspetti importanti che dovrebbero essere tenuti a mente per ottenere i dati corretti. Il primo è la tecnica di misurazione quando si utilizza una sonda per oscilloscopio, mentre il secondo riguarda le condizioni specifiche in cui quei dati vengono specificati.

Tecniche corrette di misurazione utilizzando una sonda oscilloscopio

Prima di tentare di misurare il ripple o il transiente, è necessario discutere un po' di come sondare con un oscilloscopio. Poiché la grandezza del segnale di interesse tende ad essere misurata in millivolt, qualsiasi segnale interno amplificato o segnale esterno che viene captato può facilmente oscurare o distorcere il segnale e portare a risultati errati. È estremamente importante mitigare questo problema attraverso tecniche di misurazione corrette con la sonda.
 
La cosa più importante che il tester può fare per garantire una buona misurazione è ridurre al minimo il loop di massa creato dalla sonda. Il loop creato dal percorso di ritorno della sonda causa un'induttanza che può amplificare il rumore interno e captare il rumore esterno. Le sonde di solito sono dotate di una clip di terra a stile coccodrillo, simile a quella mostrata nell'immagine qui sotto. Sebbene sia semplice da collegare, queste clip di terra portano a grandi loop di massa che non sono raccomandati per queste misurazioni. Invece, ci sono due metodi comuni e preferiti per ottenere un piccolo loop di massa: il metodo "tip and barrel" e il metodo "paperclip".

Il metodo di punta e barile rimuove il rivestimento di terra e la clip della sonda lasciando esposti la punta e il barile della sonda. La punta della sonda viene quindi applicata alla tensione di uscita e il barile è inclinato in modo tale da contattare la terra in un punto molto vicino alla punta. Uno svantaggio di questo metodo è che i punti accessibili per la sonda, o i punti in cui è possibile applicare sia la punta che il barile, potrebbero non essere ideali e/o essere a una certa distanza da qualsiasi condensatore di uscita. Idealmente, la sonda dovrebbe essere posizionata il più vicino possibile al condensatore di uscita.

Sebbene questi non siano gli unici metodi per acquisire un buon segnale, si dovrebbe cercare di mantenere il loop di massa il più piccolo possibile indipendentemente dal metodo scelto.

Onda e rumore

Ripple è la componente cc inerente della tensione di uscita causata dalla commutazione interna dell'alimentatore. Il rumore è la manifestazione di elementi parassiti all'interno dell'alimentatore che si manifestano come picchi di tensione ad alta frequenza sulla tensione di uscita. Le schede tecniche specificano una deviazione massima da picco a picco della tensione di uscita causata da ripple e rumore. Come discusso sopra, è importante utilizzare buoni metodi di misurazione per garantire che la misurazione rappresenti accuratamente il ripple e il rumore dell'alimentatore.
 
Quando si testano ripple e rumore ci sono alcune condizioni da ricordare. Prima di tutto, il carico ha un impatto significativo sul ripple, quindi è importante che la misurazione venga effettuata sotto le stesse condizioni di carico, tipicamente a pieno carico, come specificato sulla scheda tecnica. La tensione in ingresso influisce anche sul ripple e il test dovrebbe essere effettuato a tutte le tensioni di ingresso di interesse. In aggiunta alle condizioni elettriche, molti produttori specificano alcuni condensatori esterni (è tipico avere un condensatore elettrolitico dell'ordine di 10 µF e un condensatore ceramico di 0,1 µF) che sono applicati all'uscita dell'alimentatore per scopi di misurazione. La sonda dovrebbe essere posizionata vicino a questi condensatori. Infine, è tipico specificare un limite di larghezza di banda di 20 MHz sul canale dell'oscilloscopio per questa misurazione.
 
In generale, è necessario solo una sonda dell'oscilloscopio per eseguire questo test, con la sonda posizionata su un condensatore di uscita o un condensatore esterno specificato utilizzando i metodi di misurazione con sonda discussi sopra.

Risposta transitoria

La risposta transitoria è la quantità di cui la tensione di uscita può deviare a causa di un cambiamento nel carico. Quando il carico cambia, l'alimentatore non può reagire immediatamente alle nuove condizioni e ha troppo energia immagazzinata o non abbastanza. L'eccesso di energia o la mancanza di energia sarà responsabilità dei condensatori di uscita. Essi consumeranno la loro carica per sostenere il carico causando una diminuzione della tensione, oppure immagazzineranno l'energia in eccesso causando un aumento della tensione. Nel corso di diversi cicli di commutazione l'alimentatore si adatterà per immagazzinare solo l'energia di cui il carico ha bisogno, mentre la tensione di uscita tornerà al suo valore nominale. Quando si misura la risposta transitoria, la quantità di cui la tensione di uscita si discosta dal suo valore nominale, il tempo necessario per recuperare, o il tempo in cui la tensione si trova al di fuori dei limiti di regolazione specificati sono tutti di interesse.
 
A differenza di ondulazione e rumore, le cui condizioni sono limitate al carico e alla tensione di ingresso, la risposta transitoria ha alcune condizioni aggiuntive che possono influire sulla sua misurazione. Le condizioni importanti da notare sono la velocità di variazione del passo di carico applicato, la corrente iniziale e la corrente finale. La velocità di variazione ha un grande effetto sulla risposta transitoria perché più rapidamente cambia il carico, maggiore sarà la deviazione dell'uscita prima che l'alimentatore possa adattarsi alle condizioni mutevoli. Anche i livelli di corrente iniziali e finali possono avere un impatto. Gli alimentatori spesso si comportano diversamente a carichi leggeri e una transizione che attraversa queste regioni può causare reazioni diverse rispetto a quando la transizione si verifica in una singola regione. Le correnti di inizio e fine, insieme alla velocità di variazione, determinano anche il tempo in cui la corrente sta cambiando e devono corrispondere alle condizioni specificate.
 
Per effettuare la misurazione della risposta transitoria, l'utente avrà bisogno di due canali dell'oscilloscopio. La prima sonda dovrebbe essere posizionata sull'uscita dell'alimentatore vicino ai pin di uscita o al punto di regolazione. Misurare la tensione di uscita lontano dal punto di regolazione causerà un offset continuo tra i due stati di carico causato dalla caduta di tensione nei cavi di uscita. La seconda sonda dovrebbe misurare la corrente o un segnale sincrono al cambiamento di carico transitorio. Questa sonda verrà utilizzata come trigger in modo che la deviazione della tensione di uscita risultante possa essere vista chiaramente.

Conclusione

Ripple e transitori sono una parte comune della valutazione dell'alimentazione elettrica. Quando si misurano queste caratteristiche con un oscilloscopio, è importante che l'area del loop della sonda sia minimizzata per evitare distorsioni nei segnali in questione. Oltre alle corrette tecniche di misura della sonda, devono essere conosciute e rispettate anche le condizioni specificate nel datasheet relative a queste misurazioni affinché ogni confronto sia valido.
 
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