Compréhension des diagrammes de Bode

La marge de la phaseest mesurée à la fréquence où le gain est égal à 0 dB. C'est ce que l'on appelle communément la “fréquence de croisement”. La marge de la phase est une mesure de distance depuis la phase mesurée jusqu'au décalage de phase de -180°. En d'autres termes, de combien de degrés la phase doit-elle être diminuée pour atteindre -180°.

La marge du gain, d'autre part, est mesurée à la fréquence où le décalage de phase est égal à -180°. La marge du gain indique la distance, en dB, depuis le gain mesuré jusqu'au gain de 0 dB. Ces valeurs, 0 dB et -180° sont importantes car le système devient instable si ces deux valeurs sont rencontrées.

Les marges du gain et de la phase correspondent à la distance depuis les points auxquels l'instabilité se produit. Plus la distance ou la marge est grande, mieux c'est, car des marges de gain et de phase plus élevées correspondent à une meilleure stabilité. Une boucle avec une marge de gain de zéro ou moins ne serait que conditionnellement stable et pourrait facilement devenir instable si le gain changeait. Un objectif typique pour la marge de phase est d'avoir au moins 45 degrés, et même des valeurs encore plus élevées seraient souhaitables dans des applications plus sensibles.

En plus des considérations de sécurité, la performance est également affectée par les valeurs qui peuvent être déterminées à partir des diagrammes de Bode. Par exemple, une fréquence de croisement supérieure à 0 dB correspond généralement à une réponse plus rapide pour les variations de charge. Et un gain plus faible à des fréquences plus élevées correspond à une meilleure immunité au bruit ou à une ondulation de sortie plus faible.

Diagramme de Bode face au test de transition de charge et aux tests de la réponse d'étape

Il existe d'autres manières de quantifier ou mesurer la stabilité des alimentations, comme la transition de chargeou les tests de réponse par étape. Bien que cette méthode soit bien comprise et largement utilisée, elle peut être difficile de construire un circuit pour générer une étape de charge rapide, en particulier s'il s'agit d'une inductance entre l'alimentation et le générateur d'étapes de charge.

Les diagrammes de Bode proposent de nombreux avantages importants que l'on ne retrouve pas dans cette méthode :

• La réponse d'étape indique uniquement un comportement à large échelle, alors que les diagrammes de Bode peuvent également préciser le comportement à une échelle plus petite.
• Les diagrammes de Bode peuvent également être facilement réalisés à différents niveaux de charge ou points de fonctionnement. Cela est très important car la stabilité de la boucle dépend souvent du point de fonctionnement. Une alimentation pourrait paraître stable, mais approcher de l'instabilité dans des conditions de charge différentes.

Mesure de la stabilité d'une boucle fermée avec les diagrammes de bode

Pour mieux décrire l'application des diagrammes de Bode, la stabilité d'une boucle fermée d'une alimentation DC / DC est mesurée en déterminant la réponse de la boucle fermée. Cela peut être testé en utilisant la méthode d'injection de tension. Cette méthode ajoute une très faible résistance – généralement de l'ordre de 10 ohms – dans la boucle de retour. Un point devra être choisi de manière à ce que l'impédance dans la direction de la boucle soit beaucoup plus grande que l'impédance de retour. Un faible signal perturbateur est alors injecté aux bornes de la résistance. Cela est normalement réalisé en utilisant ce que l'on appelle un transformateur d'injection afin d'éviter d'influencer la boucle. La réponse est donc mesurée et les diagrammes de Bode sont générés.

Instruments pour la mesure de la réponse en boucle fermée

Deux types d'instruments différents peuvent être utilisés lors de la mesure de la réponse en boucle fermée. Le premier est un analyseur de réseaux vectorielsou VNA. Un analyseur de réseaux vectoriels possède généralement une gamme dynamique très élevée, ce qui lui permet de réaliser des mesures d'impédance très précises. L'un des inconvénients à l'utilisation d'un analyseur de réseaux vectoriels, autre que le coût et la complexité, est que l'analyseur de réseaux vectoriels est plutôt adapté à la caractérisation de composants 50 ohms. Oscilloscopes, d'un autre côté, sont déjà communément utilisés dans le développement des alimentations et permettent une caractérisation directe du bruit et de l'ondulation de sortie. Les oscilloscopes peuvent dorénavant réaliser des mesures de stabilité telles que les marges de gain et de phase, le rapport de réjection de l'alimentation et la réponse d'étape.

Configuration de test : Comment mesurer la réponse de la boucle de régulation avec un oscilloscope

Pour mesurer la réponse de la boucle de l'alimentation DC-DC, un signal perturbant doit être injecté dans la boucle. Ainsi, un point devra être choisi où l'impédance en direction de la boucle est très largement supérieure à l'impédance de retour. Une faible résistance est placée au point d'injection et la tension perturbatrice est appliquée en parallèle à la résistance d'injection, en utilisant un transformateur d'injection à large bande. Le signal perturbateur est créé par le générateur interne de l'oscilloscope. Les deux voies de l'oscilloscope sont connectées à chaque côté du point d'injection. En se basant sur les valeurs mesurées, l'oscilloscope génère et affiche les diagrammes de Bode.

Lors de la mesure de la réponse en boucle fermée, il est important d'utiliser les bonnes sondes. Les amplitudes crête à crête aux points de mesure peuvent être très faibles à certaines fréquences de test. Pour cette raison, des sondes passives 1x sont recommandées plutôt que les sondes plus classiques 10x. Si le signal est augmenté comparé au rapport de bruit, cela améliore également la gamme dynamique des mesures de réponse en fréquence. Il est également important d'utiliser un ressort de mise à la terre ou un cordon de mise à la terre très court, afin de réduire le bruit de commutation et les boucles de mise à la terre inductives.