Come misurare la risposta transitoria di un regolatore a commutazione?

Per comprendere la stabilità di un regolatore a commutazione, spesso è necessario misurare la sua risposta ai transitori di carico. Pertanto, imparare a misurare la risposta transitoria è essenziale per gli ingegneri nel campo dell'elettronica. 

In questa parte, spiegheremo la definizione di risposta transitoria del carico, i principali punti chiave in una misurazione, come misurare la risposta transitoria con FRA e un esempio reale di misurazione e regolazione della risposta transitoria del carico di un regolatore a commutazione. Se non sei chiaro su come misurare la risposta transitoria, puoi ottenere il blocco del metodo attraverso questa condivisione. Continuiamo a leggere!

La condivisione è la cura!

Contenuti

● Che cos'è la risposta transitoria del carico?

● 5 punti chiave nella valutazione della risposta transitoria

● Come valutare la risposta transitoria?

● Esempio di regolazione della risposta transitoria

● FAQ

● Conclusione

Che cos'è la risposta transitoria del carico?

La risposta transitoria del carico è la caratteristica di risposta a una fluttuazione improvvisa del carico, ovvero il tempo prima che la tensione di uscita ritorni a un valore preimpostato dopo essere diminuita o aumentata, e la forma d'onda della tensione di uscita. È un parametro essenziale perché riguarda la stabilità della tensione di uscita rispetto alla corrente di carico.

In contrasto con la regolazione del carico, lo è, proprio come il nome implica una caratteristica di stato transitorio. I fenomeni reali sono spiegati utilizzando i grafici seguenti.

Ci sono alcuni punti da notare sul grafico:

● Nelle forme d'onda del grafico a sinistra, la corrente di carico (la forma d'onda inferiore) sale rapidamente da zero, con un tempo di salita (tr) di 1 µsec. 

● D'altra parte, la tensione di uscita (forma d'onda superiore) diminuisce momentaneamente, quindi aumenta rapidamente, superando leggermente la tensione di stato stazionario, quindi scende nuovamente a uno stato stabile. 

● Quando la corrente di carico diminuisce improvvisamente, vediamo che si verifica la reazione opposta.

Per spiegare le cose in un modo un po' meno formale:

● Quando il carico aumenta, improvvisamente è necessaria più corrente e la corrente di uscita non viene fornita abbastanza velocemente, quindi la tensione diminuisce. 

● In questa operazione viene fornita la massima corrente di uscita per un certo numero di cicli in modo da riportare la caduta di tensione al valore preimpostato, ma ne viene erogata un po' troppa e la tensione sale un po' più in alto, quindi la corrente erogata si abbassa in modo da raggiungere il valore preimpostato. 

Questo dovrebbe essere inteso come una descrizione di normale risposta transitoria. Quando ci sono altri fattori e anomalie, oltre a questo sono inclusi altri fenomeni.

In una risposta transitoria di carico ideale, c'è una risposta a una fluttuazione della corrente di carico in pochi cicli di commutazione (un breve periodo di tempo) e la caduta di tensione in uscita (aumento) viene mantenuta al minimo e torna alla regolazione in una quantità minima di volta. 

Cioè, il verificarsi di una tensione transitoria come i picchi nel grafico si verifica in un tempo estremamente breve. Il grafico centrale è per un tempo di salita/discesa della corrente di carico di 10 µsec e il grafico a destra è per 100 µsec. Questi sono esempi in cui fluttuazioni più lievi nella corrente di carico si traducono in una migliore risposta che segue, con piccole fluttuazioni della tensione di uscita. Tuttavia, in realtà è difficile regolare il comportamento transitorio della corrente di carico nel circuito.

Abbiamo descritto le caratteristiche di risposta ai transitori di un alimentatore, ma possono essere considerate sostanzialmente le stesse delle caratteristiche di frequenza di un amplificatore operazionale (margine di fase e frequenza di crossover). Se la caratteristica di frequenza del circuito di controllo dell'alimentazione è adeguata e stabile, le fluttuazioni transitorie della tensione di uscita possono essere ridotte al minimo.

Caratteristiche di risposta transitoria

5 punti chiave nella valutazione della risposta transitoria

Di seguito sono riepilogati i punti importanti da ricordare quando si valuta la risposta transitoria di un alimentatore.

● Controllare la regolazione e la velocità di risposta dell'uscita a fluttuazioni improvvise della corrente di carico, ad esempio quando si passa alla riattivazione da uno stato di standby.

● Quando è necessario regolare la caratteristica di risposta in frequenza, utilizzare il pin ITH per la regolazione.

● Il margine di fase e la frequenza di crossover possono essere dedotti da una forma d'onda osservata, ma utilizzando un analizzatore di risposta in frequenza (FRA) è conveniente.

● Determinare se una risposta è quella del funzionamento normale o è anormale, a causa della saturazione dell'induttore, di una funzione di limitazione della corrente, ecc.

● Quando non è possibile ottenere la caratteristica di risposta richiesta, è necessario studiare un metodo o una frequenza di controllo separati, impostando una costante esterna, ecc.

Come valutare la risposta transitoria?

Viene spiegato un metodo di valutazione specifico. 

● Quando vengono eseguiti gli esperimenti, un circuito o un dispositivo la cui corrente di carico può essere commutata istantaneamente viene collegato all'uscita del circuito di alimentazione per la valutazione e può essere utilizzato un utile oscilloscopio per la valutazione per osservare la tensione di uscita e la corrente di uscita. 

● Se la risposta dell'apparecchiatura reale deve essere confermata, ad esempio viene creato uno stato in cui una CPU o simile passa dallo stato standby al funzionamento completo e l'uscita viene osservata allo stesso modo.

I punti importanti nell'esecuzione delle valutazioni sono stati descritti sopra; il margine di fase e la frequenza di crossover possono sempre essere dedotti da una forma d'onda osservata, ma questo è abbastanza problematico. 

Recentemente è diventato abbastanza diffuso un dispositivo di misura chiamato analizzatore di risposta in frequenza (FRA), che può essere utilizzato per misurare i margini di fase e le caratteristiche di frequenza di circuiti di alimentazione estremamente semplici. L'uso di un FRA può essere molto efficace.。

Quando, in pratica, non esiste un dispositivo di carico appropriato in grado di commutare on-off istantanei di grande corrente che possa essere utilizzato negli esperimenti, è possibile utilizzare un circuito semplice come quello a destra in cui viene commutato un MOSFET. Ovviamente tr e tf devono essere determinati.

Esempio di regolazione transitoria

Alcuni circuiti integrati regolatori di commutazione hanno un pin per la regolazione delle caratteristiche di risposta; in molti casi è chiamato ITH. In un circuito applicativo indicato nella scheda tecnica dell'IC, vengono presentati valori dei componenti e configurazione più o meno ragionevoli per un condensatore e un resistore da collegare al pin ITH in quelle condizioni. In sostanza, questo viene preso come punto di partenza e vengono apportate modifiche per soddisfare le esigenze del circuito effettivamente realizzato. Probabilmente è meglio iniziare mantenendo il condensatore fisso e variando il valore della resistenza.

Di seguito sono riportate le forme d'onda dell'oscilloscopio e i grafici di analisi della caratteristica di frequenza ottenuti utilizzando un FRA, che mostrano la modalità di variazione della risposta ai transitori di carico caratteristica del BD9A300MUV utilizzato in questi esempi quando la capacità del condensatore al pin ITH è fissa e il valore di resistenza è aggiustato.

① R3=9.1 kΩ、C6＝2700 pF (essenzialmente si ottengono una risposta e una caratteristica di frequenza appropriate usando i valori consigliati)

② R3=3 kΩ、C6＝2700 pF

※ Abbassando il valore di resistenza di R3, la banda si restringe e la risposta al carico peggiora. Non ci sono problemi con il funzionamento stesso, ma c'è troppo margine di fase.

③ R3=27 kΩ、C6＝2700 pF

※ Aumentando la resistenza R3, la banda viene ampliata e la risposta al carico viene migliorata, ma si verifica un suono in caso di fluttuazione di tensione (sezione della forma d'onda allargata).

Il margine di fase è piccolo e, a seconda della dispersione, possono verificarsi oscillazioni anomale.

④ R3=43 kΩ、C6＝2700 pF

※ Quando il valore di resistenza di R3 viene ulteriormente aumentato, si verifica un'oscillazione anomala.

Quanto sopra sono esempi di regolazione della caratteristica di risposta utilizzando il pin ITH. In sostanza, transitori di tensione che si verificano nella tensione di uscita non possono essere completamente eliminati, per cui si effettuano regolazioni tali che la risposta non pone problemi al funzionamento del circuito essendo alimentato in corrente.

Domande frequenti

1. D: Qual è il vantaggio del regolatore di commutazione? 

R: I regolatori a commutazione sono efficienti perché gli elementi della serie sono completamente accesi o spenti, quindi difficilmente dissipano potenza. A differenza dei regolatori lineari, i regolatori a commutazione possono produrre tensioni di uscita superiori alla tensione di ingresso o di polarità opposta.

2. D: Quali sono i tre tipi di regolatori a commutazione? 

R: I regolatori a commutazione si dividono in tre tipi: regolatori step-up, step-down e inverter.

3. D: Dove vengono utilizzati i regolatori di commutazione? 

A: Vengono utilizzati regolatori di commutazione protezione da sovratensione, telefoni portatili, piattaforme per videogiochi, robot, fotocamere digitali e computer. I regolatori di commutazione sono circuiti complessi, quindi non sono molto apprezzati dai dilettanti.

4. D: Come scelgo un regolatore di commutazione?

A: Fattori da considerare quando si seleziona il regolatore di commutazione:

● Intervallo di tensione in ingresso. Questo si riferisce alla gamma consentita di tensione di ingresso supportata da IC.

● Intervallo di tensione di uscita. I regolatori a commutazione di solito hanno uscite variabili

● Corrente di uscita

● Intervallo di temperatura di esercizio

● Rumore

● Efficienza

● Regolazione del carico

● Imballaggio e dimensioni.

Conclusione

In questa condivisione, conosciamo la definizione di risposta transitoria del carico, come misurarla e apprendiamo l'esempio reale. Questa abilità può aiutarti efficacemente a rilevare i problemi di stabilità di un carico come un regolatore di commutazione ed evitare i rischi per la sicurezza del circuito. Prova a misurare la risposta transitoria ora! Vuoi di più sulla misurazione della risposta transitoria? Lascia i tuoi commenti qui sotto e raccontaci le tue idee! Se pensi che questa condivisione ti sia utile, non dimenticare di condividere questa pagina!

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