Como medir a resposta transitória de um regulador de comutação?

Para entender a estabilidade de um regulador de comutação, muitas vezes precisamos medir sua resposta transitória de carga. Portanto, aprender a medir a resposta transitória é essencial para engenheiros na área de eletrônica. 

Nesta parte, explicaríamos a definição de resposta transitória de carga, os principais pontos-chave em uma medição, como medir a resposta transitória com FRA e um exemplo real de medição e ajuste da resposta transitória de carga de um regulador de comutação. Se você não tiver certeza sobre como medir a resposta transitória, poderá obter o jeito do método por meio deste compartilhamento. Vamos continuar lendo!

Compartilhar é se importar!

Conteúdo

● O que é Load Transient Response?

● 5 pontos-chave na avaliação da resposta transitória

● Como avaliar a resposta transitória?

● Exemplo de ajuste da resposta transitória

● Perguntas frequentes

● Conclusão

O que é Load Transient Response?

A resposta transitória de carga é a característica de resposta a uma flutuação repentina de carga, ou seja, o tempo até que a tensão de saída retorne a um valor predefinido após ter caído ou aumentado, e a forma de onda da tensão de saída. É um parâmetro essencial porque se relaciona com a estabilidade da tensão de saída em relação à corrente de carga.

Em contraste com a regulação de carga, é, assim como o nome indica uma característica de estado transiente. Os fenômenos reais são explicados usando os gráficos a seguir.

Há alguns pontos a serem observados sobre o gráfico:

● Nas formas de onda do gráfico à esquerda, a corrente de carga (a forma de onda inferior) sobe de zero rapidamente, com um tempo de subida (tr) de 1 µseg. 

● Por outro lado, a tensão de saída (forma de onda superior) cai momentaneamente e, a partir daí, aumenta rapidamente, excedendo ligeiramente a tensão de estado estacionário, e depois cai novamente para um estado estável. 

● Quando a corrente de carga cai repentinamente, vemos que ocorre a reação oposta.

Para explicar as coisas de uma maneira um pouco menos formal:

● Quando a carga aumenta, repentinamente mais corrente é necessária e a corrente de saída não é fornecida rápido o suficiente, então a tensão cai. 

● Nesta operação, a corrente de saída máxima é fornecida por um número de ciclos a fim de retornar a tensão caída ao seu valor predefinido, mas um pouco demais é fornecido e a tensão aumenta um pouco mais, e assim a corrente fornecida é reduzida para que o valor predefinido seja alcançado. 

Isso deve ser entendido como uma descrição resposta transitória normal. Quando há outros fatores e anormalidades, outros fenômenos são incluídos além deste.

Em uma resposta transiente de carga ideal, há uma resposta a uma flutuação na corrente de carga ao longo de alguns ciclos de comutação (um curto período de tempo), e a queda de tensão de saída (aumento) é mantida em um mínimo e retorna à regulação em uma quantidade mínima de Tempo. 

Ou seja, a ocorrência de uma tensão transitória como os picos no gráfico ocorre em um tempo extremamente curto. O gráfico central é para um tempo de subida/descida da corrente de carga de 10 µs, e o gráfico à direita é para 100 µs. Estes são exemplos em que flutuações mais suaves na corrente de carga resultam em uma resposta melhorada, com pouca flutuação da tensão de saída. No entanto, na realidade, é difícil ajustar o comportamento transitório da corrente de carga no circuito.

Descrevemos as características de resposta transitória de uma fonte de alimentação, mas elas podem ser consideradas basicamente as mesmas características de frequência de um amplificador operacional (margem de fase e frequência de cruzamento). Se a característica de frequência do circuito de controle da fonte de alimentação for apropriada e estável, as flutuações transitórias da tensão de saída podem ser mantidas no mínimo.

Características de resposta transitória

5 pontos-chave na avaliação da resposta transitória

Pontos importantes a serem lembrados ao avaliar a resposta transitória de uma fonte de alimentação estão resumidos abaixo.

● Verifique a regulação e a velocidade de resposta da saída a flutuações repentinas na corrente de carga, como ao fazer a transição para despertar de um estado de espera.

● Quando a característica de resposta de frequência deve ser ajustada, use o pino ITH para o ajuste.

● A margem de fase e a frequência de cruzamento podem ser inferidas de uma forma de onda observada, mas usando um analisador de resposta de frequência (FRA) é conveniente.

● Determine se uma resposta é de operação normal ou anormal, devido à saturação do indutor, uma função de limitação de corrente, etc.

● Quando a característica de resposta necessária não pode ser obtida, um método de controle separado ou frequência, definindo uma constante externa, etc., deve ser estudado.

Como avaliar a resposta transitória?

Um método de avaliação específico é explicado. 

● Quando os experimentos são realizados, um circuito ou dispositivo cuja corrente de carga pode ser comutada instantaneamente é conectado à saída do circuito de alimentação para avaliação e um osciloscópio útil para avaliação pode ser usado para observar a tensão de saída e a corrente de saída. 

● Se a resposta do equipamento real deve ser confirmada, por exemplo, um estado é criado no qual uma CPU ou semelhante passa de um estado de espera para operação total e a saída é observada de forma semelhante.

Pontos importantes na realização de avaliações foram descritos acima; a margem de fase e a frequência de crossover podem sempre ser inferidas de uma forma de onda observada, mas isso é bastante problemático. 

Recentemente, um dispositivo de medição chamado analisador de resposta de frequência (FRA) passou a ser amplamente utilizado e pode ser usado para medir margens de fase e características de frequência de circuitos de fonte de alimentação extremamente simples. Usar um FRA pode ser muito eficaz .。

Quando, na prática real, não há dispositivo de carga apropriado capaz de comutação liga-desliga instantânea de grande corrente que possa ser usado em experimentos, um circuito simples como aquele à direita em que um MOSFET é comutado pode ser usado. É claro que tr e tf devem ser determinados.

Exemplo de ajuste transitório

Alguns CIs reguladores de comutação têm um pino para ajuste das características de resposta; em muitos casos, é denominado ITH. Em um circuito de aplicação indicado na folha de dados para o IC, são apresentados valores de componentes mais ou menos razoáveis ​​e configuração para um capacitor e resistor a serem conectados ao pino ITH nessas condições. Em essência, isso é tomado como um ponto de partida, e os ajustes são feitos de modo a atender aos requisitos do circuito realmente fabricado. Provavelmente, é melhor começar mantendo o capacitor fixo e variando o valor da resistência.

Abaixo estão as formas de onda do osciloscópio e gráficos de análise de característica de frequência obtidos usando um FRA, mostrando a maneira de mudança da característica de resposta transiente de carga do BD9A300MUV usada nestes exemplos quando a capacitância do capacitor no pino ITH é fixa e o valor da resistência é ajustado.

① R3 = 9.1 kΩ 、 C6 ＝ 2700 pF (essencialmente, uma resposta apropriada e característica de frequência são obtidas usando os valores recomendados)

② R3 = 3 kΩ 、 C6 ＝ 2700 pF

※ Ao diminuir o valor de resistência de R3, a banda foi estreitada e a resposta de carga piorou. Não há problemas com a operação em si, mas há muita margem de fase.

③ R3 = 27 kΩ 、 C6 ＝ 2700 pF

※ Ao aumentar a resistência R3, a banda é ampliada e a resposta da carga é melhorada, mas o toque ocorre na flutuação da tensão (seção de forma de onda ampliada).

A margem de fase é pequena e, dependendo do espalhamento, pode ocorrer oscilação anormal.

④ R3 = 43 kΩ 、 C6 ＝ 2700 pF

※ Quando o valor da resistência de R3 é aumentado ainda mais, ocorre uma oscilação anormal.

Os exemplos acima são de ajuste da característica de resposta usando o pino ITH. Em essência, transientes de tensão que ocorrem na tensão de saída não pode ser completamente eliminada, e assim os ajustes são feitos de modo que a resposta não coloque problemas para a operação do circuito que está sendo alimentado com corrente.

Perguntas Frequentes

1. P: Qual é a vantagem do regulador de comutação? 

R: Os reguladores de comutação são eficientes porque os elementos em série estão totalmente ligados ou desligados, portanto, dificilmente dissipam energia. Ao contrário dos reguladores lineares, os reguladores de comutação podem produzir tensões de saída superiores à tensão de entrada ou de polaridade oposta.

2. P: Quais são os três tipos de reguladores de comutação? 

R: Os reguladores de comutação são divididos em três tipos: reguladores de aumento, redução e inversor.

3. P: Onde os reguladores de comutação são usados? 

R: Os reguladores de comutação são usados ​​para proteção contra sobretensão, telefones portáteis, plataformas de videogame, robôs, câmeras digitais e computadores. Os reguladores de comutação são circuitos complexos, por isso não são muito populares entre os amadores.

4. P: Como faço para escolher um regulador de comutação?

A: Fatores a serem considerados ao selecionar o regulador de comutação:

● Faixa de tensão de entrada. Isso se refere à faixa permitida de tensão de entrada suportada pelo IC.

● Faixa de tensão de saída. Os reguladores de comutação geralmente têm saídas variáveis

● Corrente de saída

● Faixa de temperatura operacional

● Ruído

● Eficiência

● Regulagem de carga

● Embalagem e dimensões.

Conclusão

Neste compartilhamento, conhecemos a definição de resposta transitória de carga, como medi-la e aprendemos o exemplo real. Essa habilidade pode ajudá-lo efetivamente a detectar os problemas de estabilidade de uma carga como um regulador de comutação e evitar os riscos de segurança do circuito. Tente medir a resposta transitória agora! Quer saber mais sobre a medição da resposta transitória? Deixe seus comentários abaixo e conte-nos suas ideias! Se você acha que este compartilhamento é útil para você, não se esqueça de compartilhar esta página!

Leia também

● Como os circuitos Crowbar de sobretensão do tiristor SCR protegem as fontes de alimentação contra sobretensão?

● Um guia definitivo para diodos Zener em 2021

● Um guia completo para o regulador LDO em 2021

● Coisas que você não deve perder no Facebook Meta e Metaverso

Deixe um recado 

Lista de mensagens