Mesures de la réponse de boucle de régulation de l'alimentation (diagramme de Bode)

Votre tâche

Afin d'assurer la stabilité des régulateurs de tension et des alimentations à découpage, le comportement de la boucle de régulation doit être mesuré et caractérisé. Une bonne compensation du régulateur de tension permet d'obtenir des tensions de sortie stables et réduit l'influence des changements de charge ou des variations de tension d'alimentation. La qualité de ce circuit de régulation détermine la stabilité et la réponse dynamique du convertisseur DC / DC en entier.

Solution Rohde & Schwarz

Analysez facilement et rapidement une réponse en fréquence faible sur votre oscilloscope grâce à l'option d'analyse de réponse en fréquence R&S®RTx-K36 (diagramme de Bode). Caractérisez la réponse en fréquence de différents composants électroniques, notamment des filtres passifs et des circuits amplificateurs. Mesurez la réponse de boucle de régulation et le taux de réjection des alimentations à découpage. L'option d'analyse de réponse en fréquence R&S®RTx-K36 (diagramme de Bode) utilise le générateur de formes d'ondes intégré à l'oscilloscope pour créer des signaux d'excitation dans la gamme de fréquence comprise entre 10 Hz et 25 MHz. En mesurant le rapport entre les signaux d'entrée et de sortie du dispositif sous test à chaque fréquence de test, l'oscilloscope trace le gain de manière logarithmique et la phase linéairement.

L'option d'analyse de la réponse en fréquence R&S®RTx-K36 (diagramme de Bode) vous permet de déterminer rapidement le gain et la phase des alimentations à découpage ou des régulateurs linéaires. Ces mesures aident à déterminer la stabilité de la boucle de régulation.

L'option d'analyse de la réponse en fréquence R&S®RTx-K36 (diagramme de Bode) affiche la réponse du système face aux changements lors des conditions de fonctionnement, comme des changements de tension d'alimentation ou de courant de charge.

Configuration de la mesure

Les boucles de régulation des alimentations comparent la tension de référence (V_ref) et la tension retour (V_feedback), puis créent un retour négatif afin de garantir une tension de sortie stable.

Le test de la réponse de la boucle de régulation nécessite l'injection d'un signal d'erreur dans la bande de fréquences sur le trajet retour de la boucle de régulation. Pour injecter un signal d'erreur, une faible résistance doit être insérée dans la boucle retour. L'insertion d'une résistance de 5 Ω, illustrée sur la figure de la page suivante, est insignifiante par rapport aux impédances série de R1 et R2. Certains utilisateurs choisissent de concevoir en permanence avec cette insertion de faible résistance (R_injection) pour le test. L'insertion d'un transformateur, tel que le J2100A de Picotest, isole le signal de distorsion AC et élimine tout bias DC.

Point d'insertion et branchement

Pour mesurer le gain d'une boucle retour de tension, la boucle doit être ouverte en un point précis. Un signal de distorsion est injecté en ce point. Le signal de distorsion sera distribué dans le circuit de la boucle. En fonction du gain de la boucle, le signal de distorsion injecté sera amplifié ou atténué, puis décalé en phase. Pour l'option R&S®RTx-K36, le générateur de l'oscilloscope génère le signal de distorsion. L'oscilloscope mesure la fonction de transfert de la boucle.

Afin de s'assurer que le gain mesuré est égal au gain réel de la boucle, sélectionnez un point judicieux :

• Trouvez un point où la boucle est limitée à un seul trajet, pour être sûr qu'il n'y ait aucun signal parallèle.
• Assurez-vous que l'impédance dans la direction de la boucle est très supérieure à l'impédance de retour en ce point. L'impédance retour est égale à l'impédance de la sortie du convertisseur, à savoir une valeur très faible de l'ordre de quelques mΩ. L'impédance dans la direction de la boucle est constituée par le compensateur et le diviseur de tension, de l'ordre de quelques kΩ.

Une caractérisation précise de la réponse de la boucle de régulation dépend du bon branchement des sondes. Les amplitudes crête-à- crête de V_in et V_out peuvent être très faibles à certaines fréquences de test. Ces valeurs seraient intégrées dans le plancher de bruit de l'oscilloscope et / ou dans le bruit de commutation du dispositif sous test lui-même. C'est pourquoi l'augmentation du rapport signal / bruit (SNR) de vos mesures améliorera de manière significative la gamme dynamique de vos mesures de réponses en fréquence. La plupart des oscilloscopes sont livrés généralement avec des sondes passives 10:1 qui possèdent un bruit plus élevé. L'utilisation de sondes passives 1:1 réduira le bruit de la mesure et améliorera le rapport signal / bruit (SNR). Dans ce cas de figure, Rohde & Schwarz recommande les sondes passives R&S®RT-ZP1X 1:1 avec une bande passante de 38 MHz.

Réduire la longueur de branchement de la masse de votre sonde minimise les boucles inductives. Le fil de masse standard de votre sonde peut parfois agir comme une antenne et amplifier un bruit de commutation indésirable. Trouvez une borne de masse à proximité des points de test Vin et Vout. Utilisez le ressort de masse fourni avec la sonde R&S®RT-ZP1X pour un branchement de masse plus court. Votre mesure bénéficiera ainsi d'une mise à la masse efficace à faible bruit.

Configuration du dispositif

Après avoir branché l'oscilloscope au circuit sous test, lancez l'application :

• Réglez les fréquences de début et de fin entre 10 Hz et 25 MHz ; puis déterminez le niveau de sortie du générateur.
• Configurez les points par décade pour améliorer et modifier la résolution de votre acquisition. L'oscilloscope prend en charge jusqu'à 500 points par décade.
• Réglez l'amplitude de la sortie du générateur (jusqu'à 16 pas) pour éliminer le comportement de bruit du circuit sous test.
• Appuyez sur la touche de démarrage pour lancer votre mesure. Les résultats de mesure sont tracés sous la forme gain / phase par rapport à la fréquence. Placez vos marqueurs sur les points qui vous intéressent.

Résultats de mesure

Les courbes affichées sur les diagrammes de Bode représentent la fonction de transmission de votre circuit et aident à vérifier la stabilité de votre système. L'un des graphiques indique le comportement de l'amplitude par rapport à la gamme de fréquence en dB, tandis que le second indique les caractéristiques de la phase par rapport à la fréquence (mesurée en degrés). Faites glisser les marqueurs vers les emplacements souhaités directement sur le tracé. Une légende affiche les coordonnées des marqueurs. Afin de déterminer la fréquence de croisement, réglez un marqueur à 0 dB et le second à un décalage de phase de –180°. Vous pouvez alors déterminer simplement la phase et le gain.

Affichez les résultats dans un tableau. Le tableau des résultats de mesure fournit des informations détaillées sur chaque point mesuré (fréquence, gain et décalage de phase). Lorsque vous utilisez des marqueurs, les lignes correspondantes dans le tableau sont mises en surbrillance. L'enregistrement rapide des captures d'écran et / ou des résultats du tableau sur une clé USB permet de générer des rapports.

Conclusion

Les oscilloscopes constituent les outils de mesure fondamentaux qu'utilisent aujourd'hui les ingénieurs pour tester et caractériser les alimentations qu'ils conçoivent. L'option d'analyse de la réponse en fréquence R&S®RTx-K36 (diagramme de Bode) représente un substitut économique aux analyseurs de réseaux basse fréquence et analyseurs de fréquence autonomes dédiés.