Com mesurar la resposta transitòria d'un regulador de commutació?

Per entendre l'estabilitat d'un regulador de commutació, sovint hem de mesurar la seva resposta transitòria de càrrega. Per tant, aprendre a mesurar la resposta transitòria és essencial per als enginyers del camp de l'electrònica. 

En aquesta part, explicaríem la definició de resposta transitòria de càrrega, els principals punts clau en una mesura, com mesurar la resposta transitòria amb FRA i un exemple real de mesurar i ajustar la resposta transitòria de càrrega d'un regulador de commutació. Si no teniu clar com mesurar la resposta transitòria, podeu aprendre el mètode mitjançant aquesta compartició. Seguim llegint!

Compartir és preocupar-se!

Estoig

● Què és la resposta transitòria de càrrega?

● 5 punts clau en l'avaluació de la resposta transitòria

● Com avaluar la resposta transitòria?

● Exemple d'ajust de la resposta transitòria

● FAQ

● Conclusió

Què és la resposta transitòria de càrrega?

La resposta transitòria de càrrega és la característica de resposta a una fluctuació sobtada de càrrega, és a dir, el temps fins que la tensió de sortida torna a un valor preestablert després d'haver baixat o augmentat, i la forma d'ona de la tensió de sortida. És un paràmetre essencial perquè es relaciona amb l'estabilitat de la tensió de sortida respecte al corrent de càrrega.

En contrast amb la regulació de càrrega, és, tal com el nom indica, una característica d'estat transitori. Els fenòmens reals s'expliquen mitjançant els gràfics següents.

Hi ha alguns punts a destacar sobre el gràfic:

● A les formes d'ona del gràfic de l'esquerra, el corrent de càrrega (la forma d'ona inferior) puja des de zero ràpidament, amb un temps de pujada (tr) d'1 µs. 

● D'altra banda, la tensió de sortida (forma d'ona superior) cau momentàniament, i després augmenta ràpidament, superant lleugerament la tensió en estat estacionari, i després torna a baixar a un estat estable. 

● Quan el corrent de càrrega baixa sobtadament, veiem que es produeix la reacció contrària.

Per explicar les coses d'una manera una mica menys formal:

● Quan la càrrega augmenta, de sobte es necessita més corrent i el corrent de sortida no es subministra prou ràpid, de manera que la tensió baixa. 

● En aquesta operació, el corrent de sortida màxim es subministra durant un nombre de cicles per tal de tornar la tensió caiguda al seu valor preestablert, però se'n subministra una mica massa i la tensió augmenta una mica més, i per tant es redueix el corrent subministrat. de manera que s'assoleixi el valor preestablert. 

Això s'ha d'entendre com una descripció de resposta transitòria normal. Quan hi ha altres factors i anomalies, s'hi inclouen altres fenòmens a més d'això.

En una resposta transitòria de càrrega ideal, hi ha resposta a una fluctuació del corrent de càrrega durant uns quants cicles de commutació (un curt període de temps), i la caiguda de la tensió de sortida (augment) es manté al mínim i torna a la regulació en una quantitat mínima de temps. 

És a dir, l'aparició d'una tensió transitòria com els pics del gràfic es produeix en un temps extremadament curt. El gràfic central és per a un temps de pujada/descens del corrent de càrrega de 10 µs, i el gràfic de la dreta és de 100 µs. Aquests són exemples en què les fluctuacions més suaus en el corrent de càrrega donen lloc a una resposta millorada, amb poca fluctuació de voltatge de sortida. Tanmateix, en realitat és difícil ajustar el comportament transitori del corrent de càrrega al circuit.

Hem descrit les característiques de resposta transitòria d'una font d'alimentació, però es poden considerar bàsicament les mateixes que les característiques de freqüència d'un amplificador d'operació (marge de fase i freqüència de creuament). Si la característica de freqüència del bucle de control de la font d'alimentació és adequada i estable, les fluctuacions transitòries de la tensió de sortida es poden reduir al mínim.

Característiques de la resposta transitòria

5 punts clau en l'avaluació de la resposta transitòria

A continuació es resumeixen els punts importants a recordar quan s'avalua la resposta transitòria d'una font d'alimentació.

● Comproveu la regulació i la velocitat de resposta de la sortida a fluctuacions sobtades del corrent de càrrega, com ara quan es passa a l'activació des d'un estat d'espera.

● Quan s'ha d'ajustar la característica de resposta de freqüència, utilitzeu el pin ITH per ajustar-lo.

● El marge de fase i la freqüència d'encreuament es poden inferir a partir d'una forma d'ona observada, però utilitzant un analitzador de resposta en freqüència (FRA) és convenient.

● Determinar si una resposta és la del funcionament normal, o és anormal, a causa de la saturació de l'inductor, una funció limitadora de corrent, etc.

● Quan no es pugui obtenir la característica de resposta requerida, s'hauria d'estudiar un mètode de control o freqüència separat, establint una constant externa, etc.

Com avaluar la resposta transitòria?

S'explica un mètode d'avaluació específic. 

● Quan es realitzen experiments, un circuit o dispositiu el corrent de càrrega del qual es pot canviar de manera instantània es connecta a la sortida del circuit d'alimentació per a l'avaluació, i es pot utilitzar un oscil·loscopi útil per avaluar per observar la tensió de sortida i el corrent de sortida. 

● Si s'ha de confirmar la resposta de l'equip real, per exemple, es crea un estat en què una CPU o similar passa d'un estat d'espera a un funcionament complet, i la sortida s'observa de manera similar.

Els punts importants en la realització de les avaluacions es van descriure anteriorment; el marge de fase i la freqüència d'encreuament sempre es poden inferir a partir d'una forma d'ona observada, però això és bastant problemàtic. 

Recentment, un dispositiu de mesura anomenat analitzador de resposta de freqüència (FRA) s'ha utilitzat bastant estès i es pot utilitzar per mesurar els marges de fase i les característiques de freqüència de circuits d'alimentació extremadament simples. L'ús d'un FRA pot ser molt eficaç.。

Quan, a la pràctica real, no hi ha cap dispositiu de càrrega adequat capaç d'engegar i apagar de manera instantània de gran corrent que es pugui utilitzar en experiments, es pot utilitzar un circuit senzill com el de la dreta en què es commuta un MOSFET. Per descomptat, tr i tf s'han de determinar.

Exemple d'ajust de transitori

Alguns circuits integrats reguladors de commutació tenen un pin per ajustar les característiques de resposta; en molts casos s'anomena ITH. En un circuit d'aplicació indicat al full de dades de l'IC, es presenten valors i configuració més o menys raonables dels components per a un condensador i una resistència que es connectaran al pin ITH en aquestes condicions. En essència, això es pren com a punt de partida i es fan ajustaments per satisfer els requisits del circuit que es fa realment. Probablement sigui millor començar mantenint el condensador fix i variant el valor de la resistència.

A continuació es mostren les formes d'ona de l'oscil·loscopi i els gràfics d'anàlisi de les característiques de freqüència obtinguts mitjançant un FRA, que mostren la forma de canvi de la característica de resposta transitòria de càrrega del BD9A300MUV que s'utilitza en aquests exemples quan la capacitat del condensador al pin ITH és fixa i el valor de la resistència és ajustat.

① R3=9.1 kΩ、C6＝2700 pF (essencialment s'obtenen una resposta adequada i una característica de freqüència utilitzant els valors recomanats)

② R3=3 kΩ、C6＝2700 pF

※ En baixar el valor de resistència de R3, la banda es va reduir i la resposta de càrrega es va empitjorar. No hi ha problemes amb el funcionament en si mateix, però hi ha massa marge de fase.

③ R3=27 kΩ、C6＝2700 pF

※ En augmentar la resistència R3, la banda s'amplia i la resposta a la càrrega es millora, però es produeix un timbre en la fluctuació de la tensió (secció de forma d'ona ampliada).

El marge de fase és petit i, depenent de la dispersió, es pot produir una oscil·lació anormal.

④ R3=43 kΩ、C6＝2700 pF

※ Quan el valor de resistència de R3 augmenta encara més, es produeix una oscil·lació anormal.

Els anteriors són exemples d'ajust de la característica de resposta mitjançant el pin ITH. En essència, transitoris de tensió que es produeixen a la tensió de sortida no es pot eliminar completament, de manera que es fan ajustaments de manera que la resposta no suposi problemes per al funcionament del circuit que s'alimenta de corrent.

Preguntes freqüents

1. P: Quin és l'avantatge de canviar el regulador? 

R: Els reguladors de commutació són eficients perquè els elements de la sèrie estan completament encesos o apagats, de manera que difícilment dissipen l'energia. A diferència dels reguladors lineals, els reguladors de commutació poden produir tensions de sortida superiors a la tensió d'entrada o de polaritat oposada.

2. P: Quins són els tres tipus de reguladors de commutació? 

R: Els reguladors de commutació es divideixen en tres tipus: reguladors incrementals, reductors i inversors.

3. P: On s'utilitzen els reguladors de commutació? 

R: S'utilitzen reguladors de commutació protecció contra sobretensions, telèfons portàtils, plataformes de videojocs, robots, càmeres digitals i ordinadors. Els reguladors de commutació són circuits complexos, de manera que no són molt populars entre els aficionats.

4. P: Com puc triar un regulador de commutació?

R: Factors a tenir en compte a l'hora de seleccionar el regulador de commutació:

● Interval de tensió d'entrada. Això fa referència al rang admissible de tensió d'entrada suportat per IC.

● Interval de voltatge de sortida. Els reguladors de commutació solen tenir sortides variables

● Corrent de sortida

● Interval de temperatures de funcionament

● Soroll

● Eficiència

● Regulació de càrrega

● Embalatge i dimensions.

Conclusió

En aquesta part, coneixem la definició de resposta transitòria de càrrega, com mesurar-la i aprenem l'exemple real. Aquesta habilitat us pot ajudar eficaçment a detectar els problemes d'estabilitat d'una càrrega com un regulador de commutació i evitar els riscos de seguretat del circuit. Intenta mesurar la resposta transitòria ara! Voleu més informació sobre la mesura de la resposta transitòria? Deixa els teus comentaris a continuació i explica'ns les teves idees! Si creieu que aquesta compartició us és útil, no us oblideu de compartir aquesta pàgina!

També llegiu

● Com els circuits de barra de sobretensió de tiristor SCR protegeixen les fonts d'alimentació de la sobretensió?

● Una guia definitiva dels díodes Zener el 2021

● Una guia completa del regulador LDO el 2021

● Coses que no us hauríeu de perdre sobre Facebook Meta i Metaverse

Deixa un missatge 

Llista de missatges