Analisi della stabilità dei convertitori CC/CC nel dominio della frequenza

Attività da eseguire

È necessario determinare la stabilità dei circuiti di alimentazione elettrica, in quanto i parametri caratteristici cambiano a causa dell’invecchiamento o dei cambiamenti di temperatura. L’analisi della risposta in frequenza è uno strumento importante nella progettazione e nella verifica dei circuiti elettronici. Varie misure, come il rapporto di reiezione dell’alimentazione, l’impedenza dei componenti e il guadagno a circuito aperto, contribuiscono a valutare la stabilità complessiva. Di solito si utilizza un analizzatore di reti vettoriale a bassa frequenza. Queste misure possono anche essere eseguite con un oscilloscopio disponibile più facilmente in laboratorio, ad esempio il modello R&S®RTM3004.

Soluzione Rohde & Schwarz

Analizzare in modo semplice e rapido l’analisi della risposta in frequenza del circuito di regolazione mediante l'oscilloscopio con l’opzione di analisi della risposta in frequenza R&S®RTx-K36 (diagramma di Bode). L’opzione R&S®RTx-K36 utilizza il generatore di forme d’onda incorporato nell’oscilloscopio per creare segnali di stimolo che vanno da 10 Hz a 25 MHz. Misurando il rapporto tra il segnale di stimolo e il segnale di uscita del dispositivo in prova per ciascuna frequenza di test, l’oscilloscopio traccia un diagramma del guadagno e della fase in scala logaritmica.

La gamma dinamica dell'opzione R&S®RTx-K36, basata su un segnale di ingresso di 0 dBm, è tipicamente > 70 dBc con un rumore di ampiezza < 1 dB e un rumore di fase < 5°. Per raggiungere questa gamma dinamica con il convertitore A/D a 10 bit dell’oscilloscopio R&S®RTM3000, il rumore a banda larga viene rimosso utilizzando le capacità di filtraggio e calcolo della media della trasformata discreta di Fourier.

Applicazione

Qui l’anello di controllo di un convertitore a CC/CC di tipo buck è stato misurato con un oscilloscopio R&S®RTM3004 equipaggiato con l'opzione del diagramma di Bode. Il segnale del generatore viene iniettato attraverso un trasformatore nel circuito di retroazione del convertitore e viene misurato nel punto di iniezione (CH1) e in uscita (CH2).

Risultati di misura

Come visualizzato nella schermata nella parte superiore della pagina successiva, il guadagno a circuito aperto (curva rossa) decresce quasi monotonicamente con l’aumentare della frequenza. La fase a circuito aperto (curva blu) mostra il comportamento non monotonico, che è causato da un condensatore elettrolitico troppo grande all’uscita del convertitore buck.

Tradizionalmente, la risposta in frequenza viene misurata con un analizzatore di reti vettoriale (VNA) dedicato a bassa frequenza. Per confrontare i risultati della misura con l'oscilloscopio R&S®RTM3004, è stata eseguita una misura identica con un VNA a bassa frequenza e l’oscilloscopio della serie R&S®RTM3000.

Il confronto seguente mostra che l’analisi effettuata con il modello R&S®RTM3004 si sovrappone molto bene a quella effettuata con l’analizzatore di reti vettoriale a bassa frequenza.

Riassunto

Tecnici e progettisti utilizzano gli oscilloscopi come strumento di misura primario per collaudare e caratterizzare i circuiti elettrici. Specialmente nelle applicazioni di alimentazione, gli sviluppatori di solito analizzano la risposta in frequenza con un dispositivo extra dedicato, l'analizzatore di reti vettoriale (VNA) a bassa frequenza. L’opzione di analisi della risposta in frequenza R&S®RTx-K36 (diagramma di Bode) disponibile per gli oscilloscopi R&S®RTM3000, R&S®RTB2000 e R&S®RTA4000 permette di eseguire l’analisi della risposta in frequenza con accuratezza simile.

Con il loro stadio d'ingresso a basso rumore e il generatore di onde incorporato, questi oscilloscopi soddisfano in modo ideale i requisiti delle attività di analisi della risposta in frequenza e offrono un’alternativa economicamente conveniente agli analizzatori di reti a bassa frequenza autonomi dedicati.