Comment mesurer les composantes ondulées et les transitoires dans les alimentations électriques

Deux des spécifications les plus courantes lors de l'évaluation d'une alimentation électrique sont les ondulations composantes ondulées et transitoires. Bien que pouvant être perçus comme de simples mesures,deux aspects importants doivent être garder à l'esprit pour obtenir des données pertinentes. Le premier est la technique de mesure retenue lors de l'utilisation d'une sonde d'oscilloscope, le second concerne les conditions spécifiques dans lesquelles ces données sont spécifiées.

Techniques de mesure appropriées lors de l'utilisation d'une sonde d'oscilloscope

Avant de tenter de mesurer les composantes ondulées ou transitoires, il convient de passer en revue certains aspects de la détection par oscilloscope. Comme la magnitude du signal considéré a tendance à être mesurée en millivolts, tout signal interne amplifié ou externe capté peut facilement masquer ou déformer le signal et induire des résultats incorrects. Il est extrêmement important d’atténuer cet aspect en faisant appel à des techniques de mesure appropriées.

La précaution la plus importante que le testeur puisse prendre pour garantir une bonne mesure consiste à minimiser la boucle de masse créée par la sonde. La boucle créée par le chemin de retour de la sonde provoque une inductance pouvant amplifier le bruit interne et capter du bruit externe. Les sondes sont généralement fournies avec une pince de masse de type alligator, semblable à celle présentée dans l'illustration ci-dessous. Bien que simples à connecter, ces pinces de terre induisent de grandes boucles de masse qui ne sont pas recommandées pour ces mesures. Il existe deux autres méthodes courantes et préférées pour obtenir une petite boucle de masse : la méthode « pointe et cylindre » et la méthode « trombone ».

Grande boucle de masse créée par un long clip

La méthode pointe et cylindre enlève le couvre terre et le clip de sonde, laissant exposés la pointe et le cylindre de la sonde. La pointe de la sonde est alors appliquée à la tension de sortie et le cylindre est incliné de manière à toucher la terre en un point très proche de la pointe. L'inconvénient de cette méthode est que les points de sonde accessibles, ou les points auxquels vous pouvez appliquer à la fois la pointe et le corps cylindrique, peuvent ne pas être idéaux ou être éloignés de tout condensateur de sortie. Idéalement, la sonde doit se situer aussi près que possible du condensateur de sortie.

Configuration idéale pour la méthode pointe et cylindre

D'autre part, la méthode trombone reprend la méthode pointe et cylindre, et ajoute une petite bobine de fil avec un court conducteur au cylindre. Cela crée une pointe en forme de pincette pour la sonde, permettant un positionnement plus souple de cette dernière tout en maintenant une petite zone de boucle.

Configuration idéale pour la méthode trombone

Bien que ces méthodes ne soient pas les seules permettant d'acquérir un bon signal, il convient de maintenir la boucle de masse aussi petite que possible, quelle que soit la méthode retenue.

Composante ondulée et bruit

La composante ondulée est l'élément ca inhérent de la tension de sortie créée par la commutation interne de l'alimentation électrique. Le bruit est lié à la présence de parasites dans l’alimentation électrique qui prennent la forme de pics de tension haute fréquence sur la tension de sortie. Les fiches techniques spécifient un écart crête à crête maximal de la tension de sortie provoquée par l'ondulation et le bruit. Comme précisé ci-dessus, il est essentiel d'utiliser de bonnes méthodes de sondage pour s'assurer que la mesure représente avec précision la composante ondulée et le bruit de l'alimentation électrique.

Lors du test de la composante ondulée et du bruit, il convient de garder à l'esprit certaines conditions. Premièrement, la charge a un impact significatif sur la composante ondulée. Il est donc important que la mesure soit prise dans les mêmes conditions de charge, généralement à pleine charge, comme spécifié sur la fiche technique. La tension d'entrée affecte également la composante ondulée et le test doit être effectué à toutes les tensions d'entrée concernées. En plus des conditions électriques, de nombreux fabricants spécifient des condensateurs externes (il est courant de prévoir un électrolytique de l’ordre de 10 µF et une céramique de 0,1 µF) appliqués à la sortie de l’alimentation électrique pour les besoins de la mesure. La sonde doit être placée à proximité de ces condensateurs. Enfin, il est courant de spécifier pour cette mesure une limite de bande passante de 20 MHz sur le canal de l'oscilloscope.

En général, une seule sonde de portée est nécessaire pour effectuer ce test, la sonde étant placée sur un condensateur de sortie ou un condensateur externe spécifié en utilisant les méthodes de mesure par sonde décrites ci-dessus.

Exemple de bonnes et de mauvaises mesures de sonde : mesure de composante ondulée et de bruit par grande boucle de masse (à gauche) et méthode « trombone » (à droite)

Réponse transitoire

La réponse transitoire est le niveau de tension de sortie pouvant différer en raison d'un changement de charge. Lorsque la charge change, l'alimentation électrique ne peut pas réagir immédiatement aux nouvelles conditions et dispose de trop d'énergie ou pas assez. Les condensateurs de sortie sont responsables de l’excès ou du manque d’énergie. Ils augmenteront leur charge pour maintenir la charge, provoquant ainsi une diminution de la tension, ou ils stockeront l'excès d'énergie provoquant une augmentation de la tension. Sur plusieurs cycles de commutation, l'alimentation électrique s'ajustera pour stocker uniquement 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, il est intéressant de déterminer combien la tension de sortie s'écarte de sa valeur nominale, le temps nécessaire pour la récupérer ou le temps pendant lequel la tension se situe hors des limites de régulation spécifiées.

Contrairement à la composante ondulée et au bruit, dont les conditions sont limitées à la charge et à la tension d'entrée, d'autres conditions supplémentaires peuvent affecter la mesure de la réponse transitoire. Les conditions importantes à prendre en compte sont le taux de balayage de la charge appliquée, le courant de début et le courant de fin. Le taux de balayage a un effet important sur la réponse transitoire, car plus la charge change rapidement, plus la sortie dévie avant que l'alimentation électrique ne puisse s'adapter aux conditions changeantes. Les niveaux de courant de début et de fin peuvent également avoir une incidence. Les alimentations électriques se comportent souvent différemment à des charges légères et un transitoire traversant ces zones peut entraîner une réaction de l'alimentation électrique différente de celle produite par un transitoire se limitant à une zone unique. Les courants de début et de fin, ainsi que le taux de balayage, déterminent également l'instant auquel le courant change et doivent correspondre aux conditions spécifiées.

Pour mesurer la réponse transitoire, l'utilisateur a besoin de deux canaux d'oscilloscope. La première sonde doit se trouver à la sortie de l'alimentation électrique, à proximité des broches de sortie ou du point de régulation. La mesure de la tension de sortie à distance du point de régulation provoquera un décalage cc entre les deux états de charge provoqué par une chute de tension dans le câblage de sortie. La deuxième sonde concerne le courant ou un signal synchrone du changement de charge transitoire. Cette sonde sera utilisée comme déclencheur de telle sorte que l’écart de la tension de sortie résultant soit clairement visible.

Mesure de réponse transitoire avec tension de sortie (haut) et charge (bas)

Conclusion

Les composantes ondulées et les transitoires font partie intégrante de l'évaluation d'une alimentation électrique. Lorsque vous mesurez ces caractéristiques au moyen d'un oscilloscope, il est essentiel de minimiser la zone de boucle de la sonde afin d'éviter toute distorsion des signaux concernés. Outre les techniques appropriées de mesure par sonde, les conditions sous lesquelles la fiche technique spécifie ces mesures doivent également être connues et respectées pour garantir la validité de toute comparaison.

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