¿Cómo medir la respuesta transitoria de un regulador de conmutación?

Para comprender la estabilidad de un regulador de conmutación, a menudo necesitamos medir su respuesta transitoria de carga. Por lo tanto, aprender a medir la respuesta transitoria es fundamental para los ingenieros en el campo de la electrónica. 

En esta parte, explicaremos la definición de respuesta transitoria de carga, los principales puntos clave en una medición, cómo medir la respuesta transitoria con FRA y un ejemplo real de medición y ajuste de la respuesta transitoria de carga de un regulador de conmutación. Si no tiene claro cómo medir la respuesta transitoria, puede familiarizarse con el método a través de este recurso compartido. ¡Sigamos leyendo!

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Contenido

● ¿Qué es la respuesta transitoria de carga?

● 5 puntos clave en la evaluación de la respuesta transitoria

● ¿Cómo evaluar la respuesta transitoria?

● Ejemplo de ajuste de la respuesta transitoria

● Preguntas Frecuentes

● Conclusión

¿Qué es la respuesta transitoria de carga?

La respuesta transitoria de carga es la característica de respuesta a una fluctuación repentina de la carga, es decir, el tiempo hasta que el voltaje de salida vuelve a un valor predeterminado después de haber bajado o aumentado, y la forma de onda del voltaje de salida. Es un parámetro esencial porque se relaciona con la estabilidad del voltaje de salida con respecto a la corriente de carga.

A diferencia de la regulación de carga, es, tal como su nombre lo indica, una característica de estado transitorio. Los fenómenos reales se explican mediante los siguientes gráficos.

Hay algunos puntos a tener en cuenta sobre el gráfico:

● En las formas de onda del gráfico de la izquierda, la corriente de carga (la forma de onda inferior) aumenta rápidamente desde cero, con un tiempo de aumento (tr) de 1 µseg. 

● Por otro lado, el voltaje de salida (forma de onda superior) cae momentáneamente y luego aumenta rápidamente, excediendo ligeramente el voltaje de estado estable, luego cae nuevamente a un estado estable. 

● Cuando la corriente de carga cae repentinamente, vemos que ocurre la reacción opuesta.

Para explicar las cosas de una manera algo menos formal:

● Cuando la carga aumenta, de repente se necesita más corriente y la corriente de salida no se suministra lo suficientemente rápido, por lo que el voltaje cae. 

● En esta operación, se suministra la corriente de salida máxima durante una cantidad de ciclos para devolver la caída de voltaje a su valor preestablecido, pero se suministra demasiado y el voltaje aumenta un poco más, por lo que se reduce la corriente suministrada. para que se alcance el valor preestablecido. 

Esto debe entenderse como una descripción de respuesta transitoria normal. Cuando hay otros factores y anormalidades, se incluyen otros fenómenos además de este.

En una respuesta transitoria de carga ideal, existe una respuesta a una fluctuación en la corriente de carga durante unos pocos ciclos de conmutación (un corto período de tiempo), y la caída (aumento) del voltaje de salida se mantiene al mínimo y vuelve a la regulación en una cantidad mínima de hora. 

Es decir, la ocurrencia de un voltaje transitorio como los picos en el gráfico ocurre en un tiempo extremadamente corto. El gráfico central es para un tiempo de subida/bajada de la corriente de carga de 10 µseg, y el gráfico de la derecha es para 100 µseg. Estos son ejemplos en los que las fluctuaciones más suaves en la corriente de carga dan como resultado una respuesta mejorada, con poca fluctuación del voltaje de salida. Sin embargo, en realidad es difícil ajustar el comportamiento transitorio de la corriente de carga en el circuito.

Hemos descrito las características de respuesta transitoria de una fuente de alimentación, pero se pueden considerar básicamente las mismas que las características de frecuencia de un amplificador de operación (margen de fase y frecuencia de cruce). Si la característica de frecuencia del bucle de control de la fuente de alimentación es adecuada y estable, las fluctuaciones transitorias de la tensión de salida pueden reducirse al mínimo.

Características de respuesta transitoria

5 puntos clave en la evaluación de la respuesta transitoria

A continuación se resumen los puntos importantes que se deben recordar al evaluar la respuesta transitoria de una fuente de alimentación.

● Verifique la regulación y la velocidad de respuesta de la salida a fluctuaciones repentinas en la corriente de carga, como cuando se pasa a despertar desde un estado de espera.

● Cuando se deba ajustar la característica de respuesta de frecuencia, use el pin ITH para el ajuste.

● El margen de fase y la frecuencia de cruce se pueden deducir de una forma de onda observada, pero utilizando un analizador de respuesta de frecuencia (FRA) es conveniente.

● Determinar si una respuesta es la de una operación normal o es anormal, debido a la saturación del inductor, una función de limitación de corriente, etc.

● Cuando no se pueda obtener la característica de respuesta requerida, se debe estudiar un método de control o frecuencia por separado, establecer una constante externa, etc.

¿Cómo evaluar la respuesta transitoria?

Se explica un método de evaluación específico. 

● Cuando se realizan experimentos, se conecta un circuito o dispositivo cuya corriente de carga se puede cambiar instantáneamente a la salida del circuito de suministro de energía para su evaluación, y se puede usar un osciloscopio útil para evaluar para observar el voltaje de salida y la corriente de salida. 

● Si se va a confirmar la respuesta del equipo real, por ejemplo, se crea un estado en el que una CPU o similar pasa de un estado de espera a un funcionamiento completo, y la salida se observa de manera similar.

Los puntos importantes en la realización de evaluaciones se describieron anteriormente; el margen de fase y la frecuencia de cruce siempre se pueden deducir de una forma de onda observada, pero esto es bastante problemático. 

Recientemente, un dispositivo de medición llamado analizador de respuesta de frecuencia (FRA) se ha generalizado y se puede usar para medir los márgenes de fase y las características de frecuencia de circuitos de suministro de energía extremadamente simples. Usar un FRA puede ser muy efectivo.。

Cuando, en la práctica real, no hay un dispositivo de carga apropiado capaz de encender y apagar instantáneamente una gran corriente que pueda usarse en experimentos, se puede usar un circuito simple como el de la derecha en el que se enciende un MOSFET. Por supuesto, tr y tf deben determinarse.

Ejemplo de ajuste de transitorio

Algunos circuitos integrados de reguladores de conmutación tienen un pin para ajustar las características de respuesta; en muchos casos se llama ITH. En un circuito de aplicación indicado en la hoja de datos del IC, se presentan los valores de los componentes y la configuración más o menos razonables para que un capacitor y una resistencia se conecten al pin ITH en esas condiciones. En esencia, esto se toma como punto de partida y se realizan ajustes para satisfacer los requisitos del circuito que realmente se fabrica. Probablemente sea mejor comenzar manteniendo fijo el capacitor y variando el valor de la resistencia.

A continuación se muestran las formas de onda del osciloscopio y los gráficos de análisis de características de frecuencia obtenidos con un FRA, que muestran la forma de cambio de la característica de respuesta transitoria de carga del BD9A300MUV utilizado en estos ejemplos cuando la capacitancia del capacitor en el pin ITH es fija y el valor de resistencia es equilibrado.

① R3=9.1 kΩ, C6=2700 pF (Esencialmente, se obtienen una respuesta y una característica de frecuencia apropiadas utilizando los valores recomendados)

② R3=3 kΩ, C6=2700 pF

※ Al reducir el valor de resistencia de R3, la banda se estrechó y la respuesta de carga empeoró. No hay problemas con la operación en sí, pero hay demasiado margen de fase.

③ R3=27 kΩ, C6=2700 pF

※ Al aumentar la resistencia R3, se amplía la banda y se mejora la respuesta de carga, pero se produce un zumbido ante la fluctuación del voltaje (sección de forma de onda ampliada).

El margen de fase es pequeño y, dependiendo de la dispersión, puede ocurrir una oscilación anormal.

④ R3=43 kΩ, C6=2700 pF

※ Cuando el valor de resistencia de R3 aumenta aún más, se produce una oscilación anormal.

Los anteriores son ejemplos de ajuste de la característica de respuesta utilizando el pin ITH. En esencia, transitorios de voltaje que ocurren en el voltaje de salida no se puede eliminar por completo, por lo que se hacen ajustes para que la respuesta no plantee problemas para el funcionamiento del circuito que se alimenta con corriente.

Preguntas frecuentes

1. P: ¿Cuál es la ventaja del regulador de conmutación? 

R: Los reguladores de conmutación son eficientes porque los elementos en serie están completamente encendidos o apagados, por lo que apenas disipan energía. A diferencia de los reguladores lineales, los reguladores de conmutación pueden producir voltajes de salida más altos que el voltaje de entrada o de polaridad opuesta.

2. P: ¿Cuáles son los tres tipos de reguladores de conmutación? 

R: Los reguladores de conmutación se dividen en tres tipos: reguladores elevadores, reductores e inversores.

3. P: ¿Dónde se utilizan los reguladores de conmutación? 

R: Los reguladores de conmutación se utilizan para Proteccion al sobrevoltaje, teléfonos portátiles, plataformas de videojuegos, robots, cámaras digitales y computadoras. Los reguladores de conmutación son circuitos complejos, por lo que no son muy populares entre los aficionados.

4. P: ¿Cómo elijo un regulador de conmutación?

A: Factores a considerar al seleccionar el regulador de conmutación:

● Rango de tensión de entrada. Esto se refiere al rango permitido de voltaje de entrada soportado por IC.

● Rango de tensión de salida. Los reguladores de conmutación suelen tener salidas variables

● Corriente de salida

● rango de temperatura de funcionamiento

● Ruido

● Eficiencia

● Regulación de carga

● Embalaje y dimensiones.

Conclusión

En este artículo, conocemos la definición de respuesta transitoria de carga, cómo medirla y aprendemos el ejemplo real. Esta habilidad puede ayudarlo de manera efectiva a detectar los problemas de estabilidad de una carga como un regulador de conmutación y evitar los riesgos de seguridad del circuito. ¡Intente medir la respuesta transitoria ahora! ¿Quiere más información sobre la medición de la respuesta transitoria? ¡Deja tus comentarios abajo y cuéntanos tus ideas! Si crees que este recurso compartido es útil para ti, ¡no olvides compartir esta página!

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