Mesures de la réponse de boucle de régulation de l'alimentation (diagramme de Bode)

Votre tâche

Afin d'assurer la stabilité des régulateurs de tension et des alimentations à découpage, par exemple des convertisseurs décodeurs à multiphases, le comportement de la boucle de régulation doit être mesuré et caractérisé. Une bonne compensation du régulateur de tension permet d'obtenir des tensions de sortie stables et réduit l'influence des changements de charge ou des variations de tension d'alimentation. La qualité de ce circuit de régulation détermine la stabilité et la réponse dynamique du convertisseur DC / DC en entier.

Solution Rohde & Schwarz

Analysez facilement et rapidement la réponse basse fréquence sur votre oscilloscope avec l'option d'analyse de réponse (diagramme de Bode) R&S®MXOx-K36. Caractérisez la réponse en fréquence de différents composants électroniques, notamment des filtres passifs et des circuits amplificateurs. Mesurez la réponse de boucle de régulation et le taux de réjection des alimentations à découpage. L'option d'analyse de réponse en fréquence (diagramme de Bode) R&S®MXOx-K36 utilise le générateur de formes d'ondes intégré à l'oscilloscope pour créer des signaux d'excitation s'étendant entre les fréquences de 10 mHzà 100 MHz. En mesurant le rapport entre le signal d'entrée et celui de sortie du DUT à chaque fréquence de test, l'oscilloscope trace le gain de manière logarithmique et la phase de manière linéaire.

L'option d'analyse de réponse en fréquence (diagramme de Bode) R&S®MXOx-K36 vous permet de déterminer rapidement les marges de gain et de phase des alimentations à découpage et des régulateurs linéaires. Ces mesures aident à déterminer la stabilité de la boucle de régulation.

L'option d'analyse de réponse en fréquence (diagramme de Bode) R&S®MXOx-K36 affiche la réponse système aux changements dans les conditions de fonctionnement, tels que des changements de tension d'alimentation ou de courant de charge.

Configuration de la mesure

Les boucles de régulation d'alimentation comparent la tension de référence (V_ref) et la tension de retour (V_feedback) et créent un retour négatif afin d'assurer une tension de sortie stable.

Le test de la réponse de la boucle de régulation nécessite l'injection d'un signal d'erreur dans la bande de fréquences sur le trajet retour de la boucle de régulation. Pour injecter un signal d'erreur, une faible résistance doit être insérée dans la boucle retour. La résistance d'injection 5 Ωindiquée dans le graphique "Sélection du bon point d'injection" sur la page suivante, est significatif dans la comparaison des impédances série de R1 et R2. Certains utilisateurs choisissent de concevoir en permanence dans cette résistance d'injection faible valeur (R_injection) à des fins de test. L'insertion d'un transformateur, tel que le J2100A de Picotest, isole le signal de distorsion AC et élimine tout bias DC.

Point d'insertion et branchement

Pour mesurer le gain d'une boucle retour de tension, la boucle doit être ouverte en un point précis. Un signal de distorsion est injecté en ce point. Le signal de distorsion sera distribué dans le circuit de la boucle. En fonction du gain de la boucle, le signal de distorsion injecté sera amplifié ou atténué, puis décalé en phase. Pour l'option R&S®MXOx-K36, le générateur de l'oscilloscope génère le signal distordu. L'oscilloscope mesure la fonction de transfert de la boucle.

Afin de s'assurer que le gain mesuré est égal au gain réel de la boucle, sélectionnez un point judicieux :

• Trouvez un point où la boucle est limitée à un seul trajet, pour être sûr qu'il n'y ait aucun signal parallèle.
• Assurez-vous que l'impédance dans la direction de la boucle est très supérieure à l'impédance de retour en ce point. L'impédance retour est égale à l'impédance de la sortie du convertisseur, à savoir une valeur très faible de l'ordre de quelques mΩ. L'impédance dans la direction de la boucle est constituée par le compensateur et le diviseur de tension, de l'ordre de quelques kΩ.

Une caractérisation précise de la réponse de la boucle de régulation dépend du bon branchement des sondes. Les amplitudes crête / crête à la fois de V_inet V_outpeuvent être très faibles à certaines fréquences de test. Ces valeurs seraient intégrées dans le plancher de bruit de l'oscilloscope et / ou dans le bruit de commutation du dispositif sous test lui-même. C'est pourquoi l'augmentation du rapport signal / bruit (SNR) de vos mesures améliorera de manière significative la gamme dynamique de vos mesures de réponses en fréquence. La plupart des oscilloscopes sont livrés généralement avec des sondes passives 10:1 qui possèdent un bruit plus élevé. L'utilisation de sondes passives 1:1 réduira le bruit de la mesure et améliorera le rapport signal / bruit (SNR). Rohde & Schwarzrecommande les sondes passives 1:1 R&S®RT‑ZP1X avec une bande passante de 38 MHzpour cette application.

Réduire la longueur de branchement de la masse de votre sonde minimise les boucles inductives. Le fil de masse standard de votre sonde peut parfois agir comme une antenne et amplifier un bruit de commutation indésirable. Trouvez une borne de masse à proximité des points de test Vin et Vout.

Utilisez le ressort de masse fourni avec la sonde R&S®RT-ZP1X pour un branchement de masse plus court. Votre mesure bénéficiera ainsi d'une mise à la masse efficace à faible bruit.

Configuration du dispositif
Après avoir branché l'oscilloscope au circuit sous test, lancez l'application :

• Paramétrez les fréquence de départ et de fin entre 10 mHzet 100 MHzpuis déterminez le niveau de sortie du générateur.
• Configurez les points par décade pour améliorer et modifier la résolution de votre acquisition. L'oscilloscope prend en charge jusqu'à 500 points par décade.
• Réglez l'amplitude de la sortie du générateur (jusqu'à 100 pas) pour éliminer le comportement de bruit du circuit sous test.
• Appuyez sur la touche de démarrage pour lancer votre mesure. Les résultats de mesure sont tracés sous la forme gain / phase par rapport à la fréquence. Placez vos marqueurs sur les points qui vous intéressent.

Résultats de mesure
Le diagramme de Bode représente la fonction de transmission du circuit et permet de vérifier la stabilité du système en affichant le comportement d'amplitude (en dB), ainsi que les caractéristiques de phase (en degrés) en fonction de la fréquence d'entrée. Des marqueurs individuels peuvent être directement paramétrés aux positions désirées sur la courbe tracée, avec une légende affichant les coordonnées du marqueur. Afin de déterminer la fréquence de croisement, paramétrez un marqueur à 0 dB et un second à un décalage de phase de –180°. Vous pouvez alors déterminer simplement la phase et le gain.

Le tableau des résultats de mesure fournit des informations détaillées sur chaque point mesuré (fréquence, gain et décalage de phase). Lorsque vous utilisez des marqueurs, les lignes correspondantes dans le tableau sont mises en surbrillance. L'enregistrement rapide des captures d'écran et / ou des résultats du tableau sur une clé USB permet de générer des rapports.

Conclusion

Les oscilloscopes constituent les outils de mesure fondamentaux qu'utilisent aujourd'hui les ingénieurs pour tester et caractériser les alimentations qu'ils conçoivent. L'option d'analyse de réponse en fréquence (diagramme de Bode) R&S®MXOx-K36 fournit une alternative faible coût aux analyseurs de réseaux faible fréquence ou aux analyseurs de fréquence autonomes dédiés.