Como medir a resposta transitoria dun regulador de conmutación?

Para comprender a estabilidade dun regulador de conmutación, moitas veces necesitamos medir a súa resposta transitoria de carga. Por iso, aprender a medir a resposta transitoria é esencial para os enxeñeiros do campo da electrónica. 

Nesta parte, explicaríamos a definición de resposta transitoria de carga, os principais puntos clave nunha medición, como medir a resposta transitoria con FRA e un exemplo real de medición e axuste da resposta transitoria de carga dun regulador de conmutación. Se non tes claro como medir a resposta transitoria, podes aprender o método a través deste recurso compartido. Seguimos lendo!

Compartir é coidar!

contido

● Que é a resposta transitoria de carga?

● 5 puntos clave na avaliación da resposta transitoria

● Como avaliar a resposta transitoria?

● Exemplo de axuste da resposta transitoria

● FAQ

● Conclusión

Que é a resposta transitoria de carga?

A resposta transitoria de carga é a característica de resposta a unha flutuación súbita de carga, é dicir, o tempo ata que a tensión de saída volve a un valor predeterminado despois de baixar ou subir, e a forma de onda da tensión de saída. É un parámetro esencial porque se relaciona coa estabilidade da tensión de saída con respecto á corrente de carga.

En contraste coa regulación de carga, é, tal e como o nome indica, unha característica de estado transitorio. Os fenómenos reais explícanse mediante as seguintes gráficas.

Hai algúns puntos a notar sobre o gráfico:

● Nas formas de onda do gráfico da esquerda, a corrente de carga (a forma de onda inferior) sobe desde cero rapidamente, cun tempo de subida (tr) de 1 µs. 

● Por outra banda, a tensión de saída (forma de onda superior) cae momentaneamente e, a continuación, aumenta rapidamente, superando lixeiramente a tensión de estado estacionario, para despois baixar de novo a un estado estable. 

● Cando a corrente de carga baixa de súpeto, vemos que se produce a reacción contraria.

Para explicar as cousas dun xeito algo menos formal:

● Cando a carga aumenta, de súpeto é necesaria máis corrente e a corrente de saída non se subministra a suficiente velocidade, polo que a tensión cae. 

● Nesta operación, a corrente de saída máxima é subministrada durante un número de ciclos para devolver a tensión caída ao seu valor predeterminado, pero entrégase un pouco de máis e a tensión aumenta un pouco máis, polo que a corrente subministrada redúcese. para que se alcance o valor preestablecido. 

Isto debe entenderse como unha descrición de resposta transitoria normal. Cando hai outros factores e anomalías, inclúense outros fenómenos ademais deste.

Nunha resposta transitoria de carga ideal, hai resposta a unha flutuación na corrente de carga durante poucos ciclos de conmutación (un curto período de tempo), e a caída da tensión de saída (aumento) mantense ao mínimo e volve á regulación nunha cantidade mínima de tempo. 

É dicir, a aparición dunha tensión transitoria como os picos do gráfico ocorre nun tempo extremadamente curto. O gráfico central é para un tempo de subida/descenso da corrente de carga de 10 µs, e o gráfico da dereita é de 100 µs. Estes son exemplos nos que as flutuacións máis suaves na corrente de carga dan como resultado unha resposta mellorada, con pouca flutuación da tensión de saída. Non obstante, en realidade é difícil axustar o comportamento transitorio da corrente de carga no circuíto.

Describimos as características de resposta transitoria dunha fonte de alimentación, pero pódense pensar que son basicamente as mesmas que as características de frecuencia dun amplificador de operación (marxe de fase e frecuencia de cruce). Se a característica de frecuencia do lazo de control da fonte de alimentación é axeitada e estable, as flutuacións transitorias da tensión de saída poden manterse ao mínimo.

Características de resposta transitoria

5 puntos clave na avaliación da resposta transitoria

Os puntos importantes que hai que lembrar ao avaliar a resposta transitoria dunha fonte de alimentación resúmense a continuación.

● Comprobe a regulación e a velocidade de resposta da saída ante flutuacións repentinas da corrente de carga, como cando se pasa ao espertar desde o estado de espera.

● Cando se debe axustar a característica de resposta de frecuencia, utilice o pin ITH para o axuste.

● A marxe de fase e a frecuencia de cruce pódense inferir a partir dunha forma de onda observada, pero utilizando un analizador de resposta en frecuencia (FRA) é conveniente.

● Determinar se unha resposta é a do funcionamento normal, ou é anormal, debido á saturación do indutor, unha función limitadora de corrente, etc.

● Cando non se poida obter a característica de resposta requirida, débese estudar un método ou frecuencia de control separado, fixando unha constante externa, etc.

Como avaliar a resposta transitoria?

Explícase un método específico de avaliación. 

● Cando se realizan experimentos, un circuíto ou dispositivo cuxa corrente de carga se pode conmutar instantáneamente conéctase á saída do circuíto de alimentación para a súa avaliación, e pódese utilizar un osciloscopio útil para avaliar para observar a tensión de saída e a corrente de saída. 

● Se quere confirmar a resposta do equipo real, por exemplo, créase un estado no que unha CPU ou similar pasa dun estado de espera a un funcionamento completo, e a saída obsérvase de xeito similar.

Os puntos importantes na realización de avaliacións foron descritos anteriormente; a marxe de fase e a frecuencia de cruce sempre poden inferirse a partir dunha forma de onda observada, pero isto é bastante problemático. 

Recentemente, un dispositivo de medición chamado analizador de resposta en frecuencia (FRA) pasou a utilizarse bastante xeneralizada, e pódese usar para medir as marxes de fase e as características de frecuencia de circuítos de alimentación extremadamente sinxelos. Usar un FRA pode ser moi efectivo.。

Cando, na práctica real, non hai un dispositivo de carga axeitado capaz de conectar e apagar de forma instantánea a gran corrente que se poida utilizar en experimentos, pódese utilizar un circuíto sinxelo como o da dereita no que se conmuta un MOSFET. Por suposto, hai que determinar tr e tf.

Exemplo de axuste de transitorio

Algúns IC reguladores de conmutación teñen un pin para axustar as características de resposta; en moitos casos chámase ITH. Nun circuíto de aplicación indicado na folla de datos do IC, preséntanse valores e configuración de compoñentes máis ou menos razoables para un capacitor e unha resistencia a conectar ao pin ITH nesas condicións. En esencia, isto tómase como punto de partida e realízanse axustes para satisfacer os requisitos do circuíto que se fabrica realmente. Probablemente sexa mellor comezar mantendo o capacitor fixo e variando o valor da resistencia.

A continuación móstranse as formas de onda do osciloscopio e os gráficos de análise de características de frecuencia obtidos mediante un FRA, que amosan a forma de cambio da característica de resposta transitoria de carga do BD9A300MUV usado nestes exemplos cando a capacitancia do capacitor no pin ITH está fixa e o valor da resistencia é axustado.

① R3=9.1 kΩ、C6＝2700 pF (Esencialmente, obtéñense unha resposta e unha característica de frecuencia adecuadas utilizando os valores recomendados)

② R3=3 kΩ、C6＝2700 pF

※ Ao baixar o valor de resistencia de R3, a banda estreitouse e a resposta á carga empeorou. Non hai problemas co funcionamento en si, pero hai demasiada marxe de fase.

③ R3=27 kΩ、C6＝2700 pF

※ Ao aumentar a resistencia R3, a banda amplíase e a resposta á carga mellórase, pero prodúcese un timbre ante a flutuación da tensión (sección de forma de onda ampliada).

A marxe de fase é pequena e, dependendo da dispersión, pode ocorrer unha oscilación anormal.

④ R3=43 kΩ、C6＝2700 pF

※ Cando o valor de resistencia de R3 aumenta aínda máis, prodúcese unha oscilación anormal.

Os anteriores son exemplos de axuste da característica de resposta usando o pin ITH. En esencia, transitorios de tensión que se producen na tensión de saída non se pode eliminar por completo, polo que se realizan axustes para que a resposta non supoña problemas para o funcionamento do circuíto que se alimenta con corrente.

Preguntas máis frecuentes

1. P: Cal é a vantaxe de cambiar o regulador? 

R: Os reguladores de conmutación son eficientes porque os elementos da serie están completamente acesos ou apagados, polo que case non disipan enerxía. A diferenza dos reguladores lineais, os reguladores de conmutación poden producir tensións de saída superiores á tensión de entrada ou de polaridade oposta.

2. P: Cales son os tres tipos de reguladores de conmutación? 

R: Os reguladores de conmutación divídense en tres tipos: reguladores step-up, step-down e inversores.

3. P: Onde se utilizan os reguladores de conmutación? 

R: Os reguladores de conmutación úsanse para protección contra sobretensión, teléfonos portátiles, plataformas de videoxogos, robots, cámaras dixitais e ordenadores. Os reguladores de conmutación son circuítos complexos, polo que non son moi populares entre os afeccionados.

4. P: Como elixo un regulador de conmutación?

A: Factores a considerar ao seleccionar un regulador de conmutación:

● Rango de tensión de entrada. Isto refírese ao rango permitido de voltaxe de entrada soportado polo IC.

● Rango de tensión de saída. Os reguladores de conmutación adoitan ter saídas variables

● Corrente de saída

● Rango de temperaturas de funcionamento

● Ruído

● Eficiencia

● Regulación da carga

● Embalaxe e dimensións.

Conclusión

Nesta parte, coñecemos a definición de resposta transitoria de carga, como medila e coñecemos o exemplo real. Esta habilidade pode axudarche a detectar os problemas de estabilidade dunha carga como un regulador de conmutación e evitar os riscos de seguridade do circuíto. Tenta medir a resposta transitoria agora! Queres máis información sobre a medición da resposta transitoria? Deixa os teus comentarios a continuación e cóntanos as túas ideas! Se cres que este compartir é útil para ti, non esquezas compartir esta páxina!

Ler tamén

● Como os circuítos de barra de sobretensión de tiristores SCR protexen as fontes de alimentación da sobretensión?

● Unha guía definitiva para diodos Zener en 2021

● Unha guía completa para o regulador LDO en 2021

● Cousas que non debes perder sobre Facebook Meta e Metaverse

Deixar unha mensaxe 

Lista de mensaxes