Comprendre et mesurer le temps de récupération transitoire de l'alimentation

Ce type de fichier comprend des graphiques et des schémas haute résolution, le cas échéant.

Bob Zollo, planificateur de produits, division électricité et énergie, Keysight Technologies
Le temps de récupération transitoire de l'alimentation est la spécification d'une alimentation en courant continu. Il décrit la rapidité avec laquelle l'alimentation récupérera d'une condition de charge transitoire sur la sortie de l'alimentation.   


Avec une alimentation idéale fonctionnant à tension constante, la tension de sortie resterait à la valeur programmée quel que soit le courant extrait de l'alimentation par la charge. Une alimentation réelle, cependant, ne peut pas maintenir sa tension programmée lorsqu'il y a une augmentation rapide du courant de charge.


En réponse à une montée rapide du courant, la tension d'alimentation chutera jusqu'à ce que la boucle de retour de régulation d'alimentation ramène la tension à la valeur programmée. Le temps qu'il faut pour que la valeur revienne à la valeur programmée est le temps de récupération transitoire de charge (Fig. 1).


Notez que si le transitoire de courant de charge n'est pas un transitoire rapide, mais augmente ou diminue plutôt lentement, la boucle de rétroaction de régulation de l'alimentation sera suffisamment rapide pour réguler et maintenir la tension de sortie sans aucun transitoire visible. À mesure que la vitesse de front du transitoire de courant augmente, elle dépasse la capacité de la boucle de rétroaction d'alimentation à « suivre » et à maintenir la tension constante, ce qui entraîne un événement transitoire de charge.


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1. Le temps de récupération des transitoires de charge est le temps « X » pour que la tension de sortie récupère et reste dans les « Y » millivolts de la tension de sortie nominale après un changement de pas de « Z » ampères dans le courant de charge. « Y » est la bande de récupération ou la bande de stabilisation spécifiée et « Z » est le changement de courant de charge spécifié, généralement égal au courant nominal à pleine charge de l'alimentation.




Le temps de récupération transitoire de l'alimentation est mesuré depuis le début du transitoire de courant de charge jusqu'au moment où l'alimentation se stabilise et atteint à nouveau la valeur programmée. Mais chaque fois que vous spécifiez "atteint une valeur programmée", vous devez spécifier dans une bande de tolérance. Ainsi, le temps de récupération transitoire de charge d'alimentation est spécifié comme le temps nécessaire pour atteindre une bande de tolérance d'un certain pourcentage de la valeur programmée, un certain pourcentage de la sortie nominale, ou même une bande de tolérance de tension fixe. Le tableau présente quelques exemples de spécifications de transitoires d'alimentation.  


En regardant l'alimentation Keysight N7952A, vous pouvez voir que la bande de tolérance du temps de récupération transitoire est spécifiée comme 100 mV. Lors de la mesure du temps de récupération transitoire, si la tension de sortie est de 25 V, vous devez mesurer le temps nécessaire à l'alimentation pour revenir à ±100 mV autour de 25 V.






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Les amplificateurs de puissance illustrent pourquoi le temps de récupération transitoire est important


Regardons un exemple d'application où la réponse transitoire de l'alimentation CC est importante. Lors du test des amplificateurs de puissance (PA) utilisés dans les appareils mobiles (tels que les téléphones portables ou les tablettes), il est très important que la tension de polarisation continue dans l'appareil testé (DUT) reste à une tension fixe et stable. Si la tension fluctue ou change pendant le test, les conditions de test appropriées ne sont pas maintenues et les mesures de puissance RF résultantes sur le DUT ne seront pas correctes.     


Dans ce cas de l'AP, la situation est exacerbée en raison du profil actuel. Le PA transmet en impulsions et tire donc le courant de la polarisation continue en impulsions. Ces impulsions ont des taux de fronts rapides et présentent donc des transitoires de charge importants sur la polarisation continue. Chaque fois que le PA s'allume, il consomme un courant élevé, ce qui réduit l'alimentation de polarisation cc. L'alimentation se rétablira rapidement ; cependant, pendant le temps où l'alimentation réagit au transitoire, sa tension n'est pas à la valeur souhaitée pour le test. Une fois l'alimentation rétablie, le PA fonctionnera alors dans les bonnes conditions de test et il sera ainsi possible d'effectuer les mesures de puissance RF appropriées. 


Avec des milliards de PA fabriqués et testés chaque année, le débit de test est essentiel. Si l'alimentation se rétablit lentement, cela ajoute du temps de test au PA et ralentit donc le débit de test de fabrication. Les fabricants de sonorisation recherchent donc des alimentations à récupération rapide pour s'assurer qu'ils peuvent atteindre un débit de test de fabrication maximal. Ils se tournent vers la spécification du temps de récupération transitoire pour déterminer quelle alimentation sera la meilleure pour leur application. Ainsi, le fournisseur d'alimentation doit être en mesure de mesurer avec précision le temps de récupération transitoire de l'alimentation afin de présenter la meilleure spécification possible aux fabricants de sonorisation.


Mesure du temps de récupération transitoire


La partie difficile de la mesure du temps de récupération des transitoires de charge consiste à déterminer quand la tension entre dans la bande de tolérance. Le voltmètre moyen peut facilement mesurer si la tension de sortie CC se situe dans la bande de tolérance. C'est un instrument lent, cependant, et ne pourra pas échantillonner assez rapidement pour donner une mesure de temps significative avec une résolution adéquate pour dire à quelle vitesse la tension est entrée dans la bande de tolérance.


Au-delà du voltmètre moyen, certains voltmètres à grande vitesse peuvent mesurer des dizaines de milliers de lectures par seconde avec suffisamment de précision pour détecter quand la tension d'alimentation entre précisément dans la bande de tolérance. Le multimètre numérique 34470A de Keysight en est un exemple. À mesure que les temps de récupération transitoires s'améliorent, ces voltmètres, même en capturant des données à 50 kéchantillons/s, deviennent trop lents pour capturer le temps de récupération rapide.  


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Un oscilloscope serait un outil plus raisonnable à utiliser, car il peut facilement capturer et visualiser des transitoires très rapides. La portée moyenne, cependant, a généralement une précision verticale de 1% à 3% et une résolution de 8 bits. Par conséquent, il a du mal à fournir une précision et une résolution verticales suffisantes pour localiser avec précision lorsque la tension de sortie continue atteint la bande de tolérance étroite. 


En mettant la lunette en couplage ca, vous essayez de zoomer sur la bande de tolérance. Cependant, une erreur sera introduite car le niveau de courant continu post-transitoire sera déformé en raison du couplage alternatif. Cela pourrait rendre difficile l'identification précise du niveau de courant continu post-transitoire dans la bande de tolérance, car la tension continue établie est « abaissée » par le couplage alternatif.


Une autre option serait de laisser l'oscilloscope en couplage cc, mais d'utiliser un grand décalage cc sur l'oscilloscope afin de zoomer sur la bande de tolérance. Cela fonctionne bien avec les sorties CC au niveau 0 à 10 V, mais à mesure que la sortie CC augmente, le décalage CC doit également augmenter. Avec de grands décalages en courant continu, la tension/division minimale doit également augmenter pour prendre en charge le grand décalage en courant continu, ce qui entraîne une résolution de mesure moindre sur la bande de tolérance.  


Pour les alimentations avec une plage de tolérance de tension plus large, des oscilloscopes peuvent être utilisés pour effectuer ces mesures. En fait, les oscilloscopes Keysight offrent un logiciel d'analyse de puissance intégré qui effectue des mesures de réponse transitoire via des opérations clé en main (consultez www.keysight.com/find/scopes-power). Les oscilloscopes les plus performants, avec une résolution de 10 ou 12 bits, ont plus de flexibilité et des frontaux plus avancés, leur permettant d'effectuer ces mesures même pour des bandes de tolérance de tension étroites. Cependant, ces oscilloscopes ne sont pas aussi courants sur la paillasse de laboratoire moyenne.


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2. Cette capture d'écran de l'analyseur de puissance Keysight IntegraVision montre la mesure du temps de récupération des transitoires de tension.




Pour les alimentations avec des bandes de tolérance de tension étroites, un analyseur de qualité de l'alimentation hautes performances peut effectuer cette mesure, à condition qu'il dispose d'une capacité de mesure en une seule fois. Une mesure monocoup est nécessaire car le transitoire est un événement monocoup déclenché par le front montant de l'impulsion de courant. Alternativement, si vous pouvez générer un transitoire de courant de charge répétitif, tel qu'une onde carrée où le courant saute entre des valeurs de courant élevées et faibles, vous pouvez utiliser un analyseur de puissance sans mesure monocoup pour capturer l'événement transitoire répété.  


Les analyseurs de puissance hautes performances ont une précision verticale supérieure à 0.1%, une résolution de 16 bits et des vitesses de numérisation de 1 Msample/s ou plus. Cette combinaison de numérisation rapide et de mesure de tension précise vous permet de mesurer facilement la réponse transitoire de la charge d'alimentation et d'identifier quand la bande de tolérance étroite est atteinte. Étant donné qu'un analyseur de puissance peut mesurer directement la tension et le courant sans sondes, vous pouvez rapidement configurer cette mesure pour qu'elle se déclenche à partir du front montant du courant, puis mesurer le temps de récupération de la tension.  


L'analyseur de puissance IntegraVision (Fig. 2) est un analyseur de puissance doté de cette capacité. . La mesure est effectuée sur une alimentation 5 V pulsée entre 16 A et 0.05 A. Sa bande de récupération transitoire est de ±10 mV.


À l'aide des deux marqueurs Y de l'IntegraVision, vous pouvez identifier le haut (10.1 V) et le bas (9.9 V) de la bande de tolérance de tension. Ensuite, avec les deux marqueurs X, vous pouvez identifier quand le transitoire commence sur la forme d'onde de courant avec le marqueur X1 et quand la tension entre dans la bande de tolérance avec le marqueur X2. La différence de temps entre X1 et X2 est le temps de récupération transitoire, mesuré à 90.4 s.

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