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Dos de las especificaciones más comunes al evaluar un suministro de energía son las ondulaciones y las ráfagas transitorias. Si bien puede parecer que son simples mediciones, existen dos aspectos importantes que deberían tenerse 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 la que se especifican esos datos.
Técnicas de medición adecuadas con una sonda de osciloscopio
Antes de intentar medir ondulaciones o ráfagas transitorias, se debe analizar el trasfondo del sondeo con un osciloscopio. Como la magnitud de la señal de interés suele medirse en milivoltios, cualquier señal interna que se amplifique o cualquier señal externa que se detecte puede ocultar o distorsionar la señal fácilmente, y puede llevar a resultados incorrectos. Es muy importante mitigar esto con las técnicas de medición con sonda adecuadas.
Lo más importante que el probador puede hacer para garantizar una buena medición es minimizar los bucles a tierra creados por la sonda. El bucle creado por la vía de retorno de la sonda provoca una inductancia que puede amplificar el ruido interno y detectar el ruido externo. Por lo general, las sondas vienen con una pinza cocodrilo a tierra, similar a la que se muestra en la imagen de abajo. Si bien son fáciles de conectar, estas pinzas a tierra provocan grandes bucles a tierra que no se recomiendan para estas mediciones. En cambio, existen dos métodos comunes y preferidos para lograr un bucle a tierra pequeño: el método "punta y barril" y el método "clip metálico".
Bucle a tierra grande provocado por una pinza a tierra larga
En el método de punta y barril se quita la sonda y cubierta a tierra, y se dejan la punta y el barril de la sonda expuestos. Luego, se coloca la punta de la sonda en la tensión de salida y el barril se inclina para que esté contacto con tierra en un punto muy cercano a la punta. Una desventaja de este método es que los puntos accesibles de la sonda o los puntos en los que puede colocar la punta y el barril pueden no ser los ideales y/o estar alejados de cualquier capacitor de salida. Idealmente, la sonda debe colocarse tan cerca del capacitor de salida como sea posible.
Configuración ideal para el método de punta y barril
Por otro lado, el método de clip metálico toma el método de punta y barril, y le agrega al barril una pequeña bobina de cable con un conector corto. Esto crea en la sonda una punta como una pinza, lo que permite que haya una ubicación de sonda más flexible, mientras se mantiene un área de bucle pequeña.
Configuración ideal para el método de clip metálico
A pesar de que estos no son los únicos métodos para adquirir una buena señal, debe realizarse un esfuerzo para mantener el bucle a tierra lo más pequeño posible sin importar el método elegido.
Ondulación y ruido
La ondulación es un componente inherente de la CA de la tensión de salida provocada por la conmutación interna del suministro de energía. El ruido es la manifestación de los elementos parásitos dentro del suministro de energía que aparece tan alto como los picos de tensión de frecuencia en la tensión de salida. Las hojas de datos especifican una desviación máxima de pico a pico de la tensión de salida provocada por la ondulación y el ruido. Como se describió anteriormente, es importante utilizar buenos métodos de sondeo para garantizar que la medición represente la ondulación y el ruido del suministro de energía de manera precisa.
Se deben tener en cuenta algunas condiciones al momento de medir la ondulación y el ruido. Primero, la carga tiene un impacto significativo en la ondulación, por lo tanto, es importante que la medición se realice bajo las mismas condiciones de carga, normalmente carga completa, como se especifica en la hoja de datos. La tensión de entrada también afecta la ondulación y la prueba debe realizarse en todas las tensiones de entrada de interés. Además de las condiciones eléctricas, muchos fabricantes especifican algunos capacitores externos (es típico tener un capacitor electrolítico del orden de 10 µF y uno cerámico de 0,1 µF) que se aplican a la salida del suministro de energía para la medición. La sonda debe colocarse cerca de estos capacitores. Por último, es normal especificar un límite de ancho de banda de 20 MHz en el canal del osciloscopio para esta medición.
En general, solo se necesita una sonda para realizar esta prueba, con la sonda ubicada en un capacitor de salida o en un capacitor externo especificado utilizando los métodos de medición con sonda descritos anteriormente.
Ejemplo de malas y buenas mediciones con sonda: medición de ondulación y ruido de gran bucle a tierra (izquierda) y método "clip metálico" (derecha)
Respuesta de ráfaga transitoria
La respuesta de ráfaga transitoria es la cantidad que la tensión de salida puede desviar debido al cambio en la carga. Cuando la carga cambia, el suministro de energía no puede reaccionar inmediatamente a las condiciones nuevas y tiene mucha energía almacenada o no tiene la energía suficiente. El exceso o la falta de energía serán responsabilidad de los capacitores de salida. Ellos utilizarán su propia carga para mantener la carga, lo que provocará una disminución en la tensión, o almacenarán el exceso de energía, lo que provocará un aumento en la tensión. Después de varios ciclos de conmutación, el suministro de energía se ajustará para almacenar solo la energía que la carga necesita, mientras que la tensión de salida regresará a su valor nominal. Cuando se mide la respuesta de ráfaga transitoria, la cantidad que la tensión de salida desvía de su valor nominal, el tiempo que le lleva recuperarse o el tiempo que la tensión cae fuera de los límites de regulación especificados son de interés.
A diferencia de la ondulación y el ruido, cuyas condiciones están limitadas a la carga y a la tensión de entrada, la respuesta de ráfaga transitoria tiene algunas condiciones adicionales que pueden afectar su medición. Las condiciones importantes a tener en cuenta son la tasa de velocidad de giro del regulador de carga aplicado, la corriente de arranque y la corriente final. La tasa de velocidad de giro tiene un gran efecto en la respuesta de ráfaga transitoria debido a que mientras más rápido cambie la carga, más se desviará la salida antes de que el suministro de energía pueda alcanzar las condiciones cambiantes. Los niveles de corriente inicial y final también pueden tener un impacto. A menudo, los suministros de energía se comportan de diferente manera ante cargas ligeras y una ráfaga transitoria que atraviese estas regiones puede provocar que el suministro de energía reaccione distinto a como lo haría si la ráfaga transitoria ocurriera en una sola región. Las corrientes de arranque y final, junto con la tasa de velocidad de giro, también determinan el tiempo que la corriente está cambiando y que debería coincidir con las condiciones especificadas.
Para realizar una medición de respuesta de ráfaga transitoria, el usuario necesitará dos canales de osciloscopio. La primera sonda debe estar en la salida del suministro de energía, cerca de los pines de salida o del punto de regulación. Medir la tensión de salida lejos del punto de regulación provocará una desviación de CC entre los dos estados de carga ocasionada por la caída de tensión en el cableado de salida. La segunda sonda debe ser de la corriente o de una señal que sea sincrónica con el cambio de carga de la ráfaga transitoria. Esta sonda se utilizará como un activador para que la desviación de la tensión de salida resultante pueda verse claramente.
Medición de la respuesta de ráfaga transitoria con tensión de salida (arriba) y con carga (abajo)
Conclusión
Las ondulaciones y las ráfagas transitorias son una parte común de la evaluación del suministro de energía. Al medir estas características con un osciloscopio, es importante que el área de bucle de la sonda se minimice para evitar la distorsión de las señales en cuestión. Además de las técnicas de medición con sonda adecuadas, las condiciones en las que la hoja de datos especifica estas mediciones deben conocerse y deben seguirse para que cualquier comparación sea válida.
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