Come misurare l'ondulazione e la risposta ai transienti negli alimentatori

Due delle specifiche più comuni nella valutazione di un alimentatore sono l'ondulazione e la risposta ai transienti. Anche se possono sembrare semplici misurazioni, ci sono due aspetti importanti da prendere in considerazione per ricavare dati corretti. La prima è la tecnica di misurazione quando si utilizza una sonda per oscilloscopio, mentre la seconda si riferisce alle condizioni specifiche in base alle quali vengono specificati i dati.

Tecniche di misurazione appropriate con una sonda per oscilloscopio

Prima di provare a misurare l'ondulazione o la risposta ai transienti, presentiamo alcune nozioni di base sulla misurazione con una sonda per oscilloscopio. Poiché l'ampiezza del segnale in questione tende a essere misurata in millivolt, qualsiasi segnale interno amplificato o segnale esterno che viene rilevato può facilmente oscurare o distorcere il segnale e portare a risultati errati. È estremamente importante attenuarlo tramite tecniche di misurazione della sonda appropriate.

La cosa più importante che il tester può fare per garantire una misurazione soddisfacente è ridurre al minimo il loop di massa generato dalla sonda. Il loop generato dal percorso di ritorno della sonda causa un'induttanza che può amplificare il rumore interno e rilevare il rumore esterno. Normalmente, le sonde sono dotate di una clip a coccodrillo, simile a quella mostrata nell'immagine qui sotto. Anche se sono semplici da collegare, queste clip di messa a terra portano a grandi loop di massa non raccomandati per queste misurazioni. Al contrario, ci sono due metodi comuni e preferibili per ottenere un loop di massa di piccole dimensioni: il metodo "punta e cavo" e il metodo "graffetta.

Grande loop di massa causato da un lungo clip di massa

Nel metodo punta e cavo si rimuovono la copertura della messa a terra e il clip della sonda lasciando esposti la punta e il cavo della sonda. La punta della sonda viene quindi applicata alla tensione d'uscita e il cavo è angolato in modo tale che tocchi terra in un punto molto vicino alla punta. Un inconveniente di questo metodo è che i punti della sonda accessibili o i punti in cui è possibile applicare punta e cavo, potrebbero non essere ideali e/o essere a una certa distanza da un condensatore di uscita. Idealmente, la sonda deve essere posizionata il più vicino possibile al condensatore di uscita.

Configurazione ideale per il metodo punta e cavo

Al contrario, il metodo della graffetta prende il metodo punta e cavo e aggiunge una piccola bobina di filo con un'estremità corta al cavo. Questo crea una punta simile a una pinzetta sulla sonda, consentendo una posizione della sonda più flessibile, mantenendo al contempo una piccola area di loop.

Configurazione ideale per il metodo graffetta

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

Ondulazione e rumore

L'ondulazione è il componente a corrente alternata intrinseco della tensione d'uscita causato dalla commutazione interna dell'alimentatore. Il rumore è la manifestazione di correnti parassite all'interno dell'alimentatore che appaiono come picchi di tensione ad alta frequenza sulla tensione d'uscita. Le schede tecniche specificano una deviazione massima picco-picco della tensione d'uscita causata dall'ondulazione e dal rumore. Come discusso in precedenza, è importante utilizzare metodi di indagine efficaci per garantire che la misurazione rappresenti accuratamente l'ondulazione e il rumore dell'alimentazione.

Quando si testano ondulazione e rumore è necessario ricordare alcune condizioni. Innanzitutto, il carico ha un impatto significativo sull'ondulazione, pertanto è importante che la misurazione venga eseguita nelle stesse condizioni di carico, in genere a pieno carico, come specificato nella scheda tecnica. Anche la tensione in entrata incide sull'ondulazione e il test deve essere eseguito a tutte le tensioni in entrata di interesse. Oltre alle condizioni elettriche, molti produttori specificano alcuni condensatori esterni (la soluzione tipica è avere un condensatore elettrolitico 10 μF e un condensatore ceramico 0,1 μF) che vengono applicati all'uscita dell'alimentatore ai fini della misurazione. La sonda deve essere posizionata vicino a questi condensatori. Infine, per questa misurazione di solito si specifica un limite di ampiezza di banda di 20 MHz sul canale dell'oscilloscopio.

In generale, per eseguire questo test è necessaria una sola sonda per oscilloscopio, con la sonda posizionata su un condensatore di uscita o un condensatore esterno specificato tramite i metodi di misurazione della sonda sopra discussi.

Esempio di misurazioni della sonda insoddisfacenti e soddisfacenti: misurazione di ondulazione e rumore con grande loop di massa (a sinistra) e metodo "graffetta" (a destra)

Risposta ai transienti

La risposta ai transienti è il grado di deviazione della tensione d'uscita a causa di un cambiamento del carico. Alla variazione del carico, l'alimentatore non riesce a reagire immediatamente alle nuove condizioni e ha troppa energia immagazzinata o non ha sufficiente energia. L'eccesso di energia o la carenza di energia sarà dovuta ai condensatori di uscita. Essi consumeranno la loro carica per sostenere il carico causando una diminuzione della tensione, oppure immagazzineranno l'eccesso di energia causando un aumento di tensione. Durante diversi cicli di commutazione, l'alimentatore si regola per immagazzinare solo l'energia che serve al carico, mentre la tensione d'uscita ritorna al suo valore nominale. Quando si misura la risposta ai transienti, il grado di deviazione della tensione d'uscita dal suo valore nominale, il tempo necessario per il ripristino o il tempo in cui la tensione rientra nei limiti di regolazione specificati sono tutti di interesse.

A differenza dell'ondulazione e del rumore, le cui condizioni sono limitate al carico e alla tensione in entrata, la risposta ai transienti presenta alcune ulteriori condizioni che possono incidere sulla sua misurazione. Condizioni importanti da considerare sono la velocità di risposta della fase di carico applicata, la corrente di avvio e la corrente finale. La velocità di risposta incide notevolmente sulla risposta ai transienti poiché maggiore è la rapidità di variazione del carico, maggiore sarà la deviazione dell'uscita prima che l'alimentazione possa adattarsi alle condizioni in mutamento. Anche i livelli di corrente di avvio e finali possono incidere. Gli alimentatori spesso si comportano diversamente con carichi leggeri e un transiente che attraversa queste regioni può far reagire l'alimentazione in modo diverso rispetto alla situazione in cui il transiente si verifica in un'unica regione. Le correnti di avvio e finale, insieme alla velocità di risposta, determinano anche il tempo nel quale la corrente cambia e devono corrispondere alle condizioni specificate.

Per effettuare la misurazione della risposta ai transienti, l'utente necessiterà di due canali dell'oscilloscopio. La prima sonda deve trovarsi sull'uscita dell'alimentazione vicino ai pin di uscita o al punto di regolazione. Misurare la tensione d'uscita lontano dal punto di regolazione causerà uno scostamento cc tra i due stati di carico causato dalla caduta di tensione nel cablaggio di uscita. La seconda sonda deve essere della corrente o di un segnale sincrono alla variazione di carico transiente. Questa sonda sarà utilizzata come trigger, in modo che la conseguente deviazione della tensione d'uscita possa essere osservata chiaramente.

Misurazione della risposta ai transienti con tensione d'uscita (in alto) e carico (in basso)

Conclusione

L'ondulazione e la risposta ai transienti sono alcune delle specifiche più comuni nella valutazione di un alimentatore. Quando si misurano queste caratteristiche con un oscilloscopio, è importante che l'area del loop della sonda sia ridotta al minimo per evitare la distorsione dei segnali in questione. Oltre alle corrette tecniche di misurazione della sonda, anche le condizioni in base alle quali le misurazioni sono specificate sulla scheda tecnica devono essere note e rispettate affinché ogni confronto sia valido.

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