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Cómo medir rizado y transitorios en fuentes de alimentación

Dos de las especificaciones más habituales al evaluar una fuente de alimentación son el rizado y los transitorios. Si bien pueden parecer medidas sencillas, existen dos aspectos importantes a tener en cuenta para obtener los datos correctos. El primero de ellos es la técnica de medida cuando se utiliza una sonda de osciloscopio, mientras que el segundo se refiere a las condiciones concretas para las cuales se especifican los datos.

Técnicas de medida correctas al utilizar una sonda de osciloscopio

Antes de intentar medir el rizado o los transitorios, conviene recordar información de referencia sobre sondas para osciloscopio. Dado que la magnitud de la señal de interés se suele medir en milivoltios, toda señal interna que se amplifique o cualquier señal externa que recogida se pueda afectar o distorsionar la señal y dar unos resultados incorrectos. Es extremadamente importante mitigarlo mediante técnicas adecuadas de medida con sonda. Lo más importante que puede hacer un multímetro para asegurar una buena medida es minimizar el bucle de tierra creado por la sonda. El bucle creado por la ruta de retorno de la sonda genera una inductancia que puede amplificar el ruido interno y recoger ruido externo. Las sondas se suelen suministrar junto con una pinza de tierra de tipo cocodrilo, similar a la mostrada en la imagen inferior. Si bien son fáciles de conectar, estas pinzas de tierra forman grandes bucles de tierra que no son aconsejables para estas medidas. En lugar de ello, existen dos métodos conocidos y preferibles para conseguir un pequeño bucle de tierra: el método de “punta y barril” y el método de “clip”. El método de punta y barril elimina la cubierta de tierra y la pinza de la sonda, dejando así al descubierto la punta y el barril de

Técnicas de medida correctas al utilizar una sonda de osciloscopio

Antes de intentar medir el rizado o los transitorios, conviene recordar información de referencia sobre sondas para osciloscopio. Dado que la magnitud de la señal de interés se suele medir en milivoltios, toda señal interna que se amplifique o cualquier señal externa que recogida se pueda afectar o distorsionar la señal y dar unos resultados incorrectos. Es extremadamente importante mitigarlo mediante técnicas adecuadas de la sonda. La punta de la sonda se aplica a continuación a la tensión de salida y el barril se coloca formando un ángulo de forma que entre en contacto con la tierra en un punto muy próximo a la punta.

Un inconveniente de este método es que los puntos accesibles de la sonda, o puntos en los que se pueden aplicar la punta y el barril, posiblemente no serán ideales y/o pueden estar lejos de cualquier condensador de salida. Lo ideal es colocar la sonda lo más cerca posible del condensador de salida. Por otra parte, el método de clip se basa en el método de punta y barril, al que añade una pequeña bobina de hilo conductor con un cable corto hasta el barril. Así se crea una punta de tipo pinza hasta la sonda que permite una colocación más flexible de la sonda y conserva la pequeña área del bucle. Aunque estos no son los únicos métodos existentes para adquirir una buena señal, es necesario dedicar esfuerzos para que el bucle de tierra sea lo más pequeño posible con independencia de cuál sea el método escogido.

Rizado y ruido

El rizado es el componente de CC inherente de la tensión de salida provocado por la conmutación interna de la fuente de alimentación. El ruido es la manifestación de elementos parásitos dentro de la fuente de alimentación que aparecen como picos de tensión de alta frecuencia en la tensión de salida. Las fichas técnicas especifican la desviación máxima de pico a pico de la tensión de salida provocada por el rizado y el ruido. Como se ha señalado anteriormente, es importante utilizar los métodos de sondeo adecuados para asegurar que las medidas representen de forma precisa el rizado y el ruido de la fuente de alimentación.

Al comprobar el rizado y el ruido hay que recordar algunas condiciones. En primer lugar, la carga influye notablemente sobre el rizado, por lo que es importante tomar la medida bajo las mismas condiciones de carga, generalmente a carga completa, que se indican en la ficha técnica. La tensión de entrada también afecta al rizado y la prueba se debería efectuar para todas las tensiones de entrada de interés. Además de las condiciones eléctricas, muchos fabricantes especifican algunos condensadores externos (suele tratarse de un condensador electrolítico de unos 10 μF y uno cerámico de 0,1 μF) que se colocan a la salida de la fuente de alimentación para realizar la medida. La sonda se debería colocar cerca de estos condensadores. Por último, se suele indicar un ancho de banda máximo de 20 MHz en el canal del osciloscopio para esta medida. Generalmente solo hace falta una sonda de osciloscopio para efectuar la prueba. La sonda se coloca a través del condensador de salida o de un condensador externo aplicando los métodos de medida con sonda antes citados.

Respuesta a transitorios

La respuesta a transitorios es la tensión de salida que se puede desviar debido a una variación de la carga. Cuando la carga varía, la fuente de alimentación no puede reaccionar de inmediato a las nuevas condiciones y, o bien tiene demasiada energía almacenada, o esta no es suficiente. El exceso o falta de energía recae bajo la responsabilidad de los condensadores de salida. Estos usarán su carga para sostener la carga, provocando así una disminución de la tensión, o almacenarán el exceso de energía, provocando así un aumento de la tensión. La fuente de alimentación se ajustará a lo largo de varios ciclos de conmutación para almacenar solo la energía que la carga necesita mientras la tensión de salida recupera su valor nominal.

Al medir la respuesta a transitorios, es interesante conocer la tensión de salida que se desvía de su valor nominal, el tiempo que tarda en recuperarse o el tiempo durante el cual la tensión está fuera de los límites de regulación especificados. A diferencia del rizado y del ruido, cuyas condiciones se limitan a la carga y la tensión de entrada, la respuesta a transitorios tiene algunas condiciones añadidas que podrían afectar a su medida. Los parámetros importantes son la pendiente de salida (slew rate) de la variación de carga aplicada, la corriente inicial y la corriente final. La pendiente de salida afecta mucho a la respuesta a transitorios porque cuanta mayor sea la rapidez de variación de la carga, más carga se desviará antes de que la fuente de alimentación pueda adaptarse a las nuevas condiciones. Los niveles de corriente al inicio y al final también pueden tener repercusiones. Las fuentes de alimentación a menudo se comportan de manera distinta para cargas pequeñas y un transitorio que atraviesa estas regiones puede provocar que la fuente de alimentación reaccione de manera distinta que si el transitorio se produjera en una sola región.

Las corrientes inicial y final, junto con la pendiente de salida, también determinan el momento en el que variará la corriente y debería adaptarse a las condiciones especificadas. Para medir la respuesta a transitorios, el usuario necesitará dos canales del osciloscopio. La primera sonda se debería colocar a la salida de la fuente de alimentación, cerca de las patillas de salida o del punto de regulación. Medir la tensión de salida lejos del punto de regulación generará un offset de CC entre los dos estados de carga provocados por la caída de la tensión en el cableado de salida. La segunda sonda debería ser de corriente o de una señal síncrona a la variación de la carga transitoria. Esta sonda se utilizará para ver con claridad la desviación resultante de la tensión de salida.

Conclusión

El rizado y los transitorios forman parte habitualmente de la evaluación de una fuente de alimentación. Al medir estas características con un osciloscopio es importante minimizar el área del bucle de la sonda para evitar la distorsión de las señales en cuestión. Además de unas técnicas de medida adecuadas con la sonda, también se deben conocer las condiciones especificadas en la ficha técnica para realizar estas medidas y se deben cumplir para que cualquier comparación sea válida.



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