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Medições de fonte de alimentação em modo de comutação

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Academic year: 2021

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Medições de fonte de

alimentação em modo de

comutação

Nota de aplicação

Os osciloscópios das séries 3000X e 4000X da Agilent, com a opção de medições de potência, proporcionam um modo rápido e fácil de analisar a confiabilidade e eficiência de fontes de alimentação de comutação. Essa nota de aplicação fornece instruções passo a passo sobre como realizar uma ampla variedade de medições de análise de potência em sua fonte de alimentação em modo de comutação (SMPS), bem como instruções detalhadas sobre como realizar essas mesmas medições utilizando o kit de treinamento de medições SMPS da Agilent como dispositivo sob teste (DUT). As seguintes medições de análise de potência estão habilitadas quando um osciloscópio InfiniiVision 3000X ou 4000X for licenciado com a opção de medições de potência (DSOX3PWR ou DSOX4PWR):

Introdução

Utilizando um osciloscópio InfiniiVision das séries 3000X/4000X da Agilent

com a opção de medições de potência

Análise de entrada • Qualidade de potência • Harmônicas de corrente • Corrente inrush Análise de modulação/comutação • Perda de comutação • Taxa de variação • Modulação Análise de saída • Ondulação de saída • Ligar/desligar • Resposta transitória

• Taxa de rejeição da fonte de alimentação (PSRR) • Eficiência

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Equipamento necessário

• Osciloscópios das séries 3000X ou 4000X da Agilent, com a opção de medições de potência (DSOX3PWR ou DSOX4PWR)

• Acessório de correção de desvio U1880A, com cabo USB para alimentação

• Ponta de prova ativa diferencial de alta tensão N2790A, ou equivalente

• Ponta de prova de corrente de 15 A 1147B, ou equivalente • Ponta de prova passiva de tensão 10:1

• Sua fonte de alimentação em modo de comutação (SMPS) ou o kit de treinamento em medições SMPS da Agilent (Figura 1)

Figura 1: Kit de treinamento em medições de fonte de alimentação em modo de comutação da Agilent.

Índice

Introdução..……….………... Dicas de sondagem...………... Corrigindo desvios das pontas de prova..……... Análise da qualidade de potência... Análise de harmônicas de corrente……... Análise de corrente de inrush...………...….. Análise de perda de comutação....…………..…… Análise de taxa de variação………... Análise de modulação...……….… Análise de ondulação de saída...………. Análise de liga/desliga...……….. Análise de resposta transitória...……….….. Análise PSRR...……….….. Análise de eficiência...……….… Literatura relacionada...……….… 1 2 4 5 6 7 11 12 13 14 15 17 19 21 22

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3 Se você está utilizando a ponta de prova ativa diferencial

de alta tensão N2790A da Agilent (Figura 2) em suas medições de potência, essa ponta de prova pode ser configurada manualmente para apresentar atenuação 50:1 para medições de até 140 V (CC mais pico CA), ou atenuação 500:1 para medições de até 1400 V. Se você está utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent como seu DUT, a configuração de 50:1 é apropriada. Porém, se você está realizando medições em sua fonte de alimentação de comutação, que pode apresentar tensões de comutação e de entrada maiores, então você talvez precise utilizar a configuração de 500:1.

Quando você inicialmente conectar a ponta de prova N2790A a um dos canais de entrada do osciloscópio das séries 3000/4000X da Agilent, o osciloscópio irá detectar e configurar automaticamente o fator de atenuação da ponta de prova em 50:1 para aquele canal, mas se você configurou manualmente a atenuação da ponta de prova em 500:1, então você precisará configurar manualmente o fator de atenuação no menu de ponta de prova do osciloscópio para o canal utilizado.

A ponta de prova de corrente 1147B (Figura 3) é uma ponta de prova 0,1 V/A (atenuação 10:1). Quando essa ponta de prova é conectada a qualquer canal de entrada de um osciloscópio das séries 3000/4000X da Agilent, o osciloscópio irá detectar automaticamente que a ponta de prova de corrente está conectada para fornecer medições na casa de Amps. Ele também irá detectar e compensar automaticamente para atenuação de ponta de prova 10:1. Não é necessário configuração pelo usuário.

Quando você conectar a ponta de prova de corrente 1147B a um loop de corrente do seu dispositivo sob teste, certifique-se de fechar E travar a pinça de corrente. Para travá-la, deslize o mecanismo de travamento completamente para frente, até você sentir e escutar o clique.

Figura 2: Ponta de prova ativa diferencial de alta tensão de 100 MHz N2790A da Agilent.

Figura 3: Ponta de prova de corrente CA/CC de 15 A e 50 MHz 1147B da Agilent.

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Quando estiver utilizando a ponta de prova de corrente 1147B para realizar medições no kit de treinamento SMPS da Agilent, é muito fácil conectá-la aos vários loops de corrente projetados na placa. Porém, se você estiver realizando medições em sua fonte de alimentação de comutação, raramente existirão loops de corrente projetados disponíveis. Isso significa que você precisará criar loops de corrente temporários no circuito da fonte de alimentação para medir a corrente e potência. A Figura 4 mostra um exemplo de loop de fio em série com o terminal fonte de um dispositivo de comutação FET, para medição da corrente de dreno da fonte. Para medir a corrente CA de entrada, os engenheiros geralmente retiram a isolação do cabo de alimentação, para acessar o fio de corrente de linha. Observe que, embora essa seja uma maneira rápida e fácil, NÃO é uma técnica recomendada pela Agilent.

Após uso extensivo, pode-se acumular um campo magnético na ponta de prova de corrente. Quando você estiver

realizando medições de fonte de alimentação com uma ponta de prova de corrente, você deve ocasionalmente desmagnetizar a ponta de prova. Para fazer isso,

simplesmente desconecte a ponta de prova de corrente do seu dispositivo sob teste, feche e trave a pinça de corrente e então, pressione o botão DEMAG, próximo à base da ponta de prova, onde ela se conecta ao osciloscópio. Observe que você também pode calibrar o offset da ponta de prova (e osciloscópio) ao mesmo tempo, apenas rotacionando o ZERO ADJ até que a forma de onda da corrente de linha base se alinhe com o indicador de terra, na tela do osciloscópio.

Figura 4: Criando um loop de corrente em sua fonte de alimentação, para medir corrente.

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5 Quando estiver utilizando tipos diferentes de pontas de

prova, tais como ponta de prova de tensão e ponta de prova de corrente, é importante realizar a calibração de correção de desvio da ponta de prova. Esse procedimento automático com o acessório de correção de desvio U1880A (Figura 5) irá zerar o atraso de propagação entre suas pontas de prova, proporcionando medições de potência mais precisas. Isso é especialmente importante para medição de perda de comutação, onde apenas uma fração de nanosegundo pode fazer uma grande diferença nas medições de perda de potência e energia, durante as fases de liga e desliga da comutação do transistor.

1. Conecte o cabo USB do U1880A, entre o acessório de correção de desvio e a porta USB atrás do osciloscópio.

2. Pressione [Default Setup] no painel frontal. 3. Pressione [Analyze] no painel frontal; então pressione Features e selecione Power Application. 4. Pressione Analysis; então, selecione Power Quality.

5. Pressione Signals; então, pressione Deskew. Observe que a calibração de correção de erro automática também está disponível nos menus de medição Current Harmonics e Switching Loss.

6. Configure a chave S1 do acessório de correção de desvio para “Small Loop”, como mostrado no diagrama da tela na Figura 6.

7. Conecte a ponta de prova ativa diferencial de alta tensão N2790A entre a entrada do canal 1 do osciloscópio e J6 (cabo vermelho ao ponto de teste vermelho) e J7 (cabo preto ao ponto de teste preto), no acessório de correção de desvio U1880A, como ilustrado no diagrama.

8. Conecte a ponta de prova de corrente 1147B da entrada do canal 2 do osciloscópio ao “Small Loop”, na direção indicada no acessório de correção de erro (fluxo de corrente em direção ao topo da placa). 9. Pressione Auto Deskew no osciloscópio.

Quando a calibração de correção de erro automática estiver completa, a tela de seu osciloscópio deve estar parecida com a Figura 7. O fator de calibração de correção de desvio irá permanecer nas configurações de ponta de prova do canal 2, e ele é não volátil. Mas você pode manualmente mudar o fator de correção de desvio ou realizar uma restauração às configurações de fábrica, dentro do menu [Save/Recall] do osciloscópio, para zerar o fator. Pressionando o [Default Setup] do painel frontal NÃO irá alterar o fator de calibração de correção de erro.

Corrigindo desvios da ponta de prova

Figura 5: Acessório de correção de desvio U1880A da Agilent.

Figura 6: Diagrama de conexões da correção de desvio.

Figura 7: Exibição após conclusão da correção de desvio automática entre pontas de prova de tensão e de corrente.

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Análise da qualidade de potência

A análise da qualidade de potência mede a qualidade do sinal de linha CA de entrada, que fornece potência à fonte de alimentação de comutação durante a operação. Essa medição fornece os seguintes parâmetros de qualidade do sinal: • Potência real (P = VInstantâneo x I Instantâneo em média por N ciclos)

• Potência aparente (S = VRMS x IRMS por N ciclos) • Potência reativa (Q = aparente x SIN(φ))

• Fator de potência (PF = real/aparente) • Fator de crista de tensão (CF V = VPico /VRMS) • Fator de crista de corrente (CF I = IPico/ IRMS) • Ângulo de fase (φ = ACOS(PF))

1. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, defina a carga S2, ligue na posição ON (carga alta, corrente máxima).

2. Pressione [Default Setup] no painel frontal.

3. Pressione [Analyze] no painel frontal; então, selecione Power Application na opção Features.

4. Pressione Analysis; então, selecione medição Power Quality.

5. Pressione Signals.

6 Certifique-se que a tensão esteja em 1 (canal 1), e a corrente esteja em 2 (canal 2).

7. Conecte a ponta de prova ativa diferencial de alta tensão N2790A da entrada do canal 1 do osciloscópio à linha (cabo vermelho) e ao neutro (cabo preto), como ilustrado no diagrama de conexões da Figura 8. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, conecte a ponta de prova ao TP2 (cabo vermelho) e ao TP1 (cabo preto).

8. Conecte a ponta de prova de corrente 1147B da entrada do canal 2 do osciloscópio ao loop de fio do sinal de linha de entrada. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, conecte a ponta de prova de corrente ao loop J1, na direção indicada.

9. Pressione AutoSetup; então, pressione Apply. Quando AutoSetup é pressionado, o osciloscópio otimiza a escala das formas de onda de tensão (traço amarelo) e de corrente (traço verde), liga a forma de onda de potência (traço roxo), e então define a base de tempo para exibir dois ciclos (configuração padrão) na tela. Note que se você observar a fase da forma de onda de corrente (traço verde) em relação a forma de onda de tensão (traço amarelo), e resultar em pulsos de forma de onda de potência negativos (traço roxo), então sua ponta de prova de corrente está conectada ao contrário. Quando Apply é pressionado, o osciloscópio da série 4000X automaticamente mede todos os parâmetros de qualidade de potência, como mostrado na Figura 9. O osciloscópio da série 3000X mede apenas fator de potência, potência real, potência aparente e potência reativa. Para medir o fator de crista das formas de onda de tensão e corrente, certifique-se que Type

Figura 8: Diagrama de conexões para medição da qualidade de potência.

Figura 9: Medições da qualidade de potência de entrada.

está definido para Crest; então, pressione Apply. Para medir a fase entre formas de onda de tensão e corrente, pressione Type, selecione Phase Angle, e então, pressione Apply novamente.

Real Power

P (W)

Reactive

Power

Q (VAR)

Apparent

Power

S (VA)

Φ

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7

Análise de harmônicas de corrente

A análise de harmônicas de corrente mede a amplitude dos componentes de frequência que podem ser injetados de volta às linhas CA. Produtos finais geralmente devem atender padrões de conformidade específicos, para que não atrapalhem outros equipamentos conectados na rede de alimentação CA. Essa medição realiza uma medição FFT na forma de onda atual, compara os resultados das amplitudes das harmônicas pares e ímpares, em relação a um padrão IEC escolhido pelo usuário, e também fornece indicadores pass/fail codificados em cores para cada frequência testada, até a 40ª harmônica.

1. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, coloque a chave de carga S2 na posição ON (carga alta, corrente máxima).

2. Pressione [Analyze] no painel frontal; então, selecione Power Application na opção Features.

3. Pressione Analysis; então, selecione medição Current Harmonics.

4. Pressione Signals.

5. Conecte a ponta de prova de tensão N2790A da entrada do canal 1 do osciloscópio à linha (cabo vermelho) e ao neutro (cabo preto), como ilustrado no diagrama de conexões da Figura 10. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, conecte a ponta de prova ao TP2 (cabo vermelho) e TP1 (cabo preto).

6. Conecte a ponta de prova de corrente 1147B entre a entrada do canal 2 do osciloscópio e o loop de fio do

sinal de linha de entrada. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, conecte a ponta de prova de corrente ao loop J1, na diração indicada.

7. Certifique-se que a tensão esteja em 1 (canal 1), e a corrente esteja em 2 (canal 2).

8. Pressione AutoSetup. Se estiver utilizando as configurações padrões, o osciloscópio irá exibir 20 ciclos das formas de onda de tensão (traço amarelo) e corrente (traço verde) de linha de entrada na tela do osciloscópio.

9. Pressione Settings; então, pressione Line Freq e defina a frequência em 50 Hz, 60 Hz, ou 400 Hz, dependendo da frequência de linha da região que estiver ou de sua aplicação. Observe que você também pode selecionar o padrão IEC apropriado para seu teste, também nesse menu.

10. Pressione [Back] para retornar ao menu anterior; então pressione Apply para iniciar a medição das harmônicas de corrente.

Quando Apply é pressionado, o osciloscópio realiza uma operação matemática de forma de onda FFT (traço roxo) na forma de onda atual, com os resultados exibidos em forma de tabela na parte superior da tela do osciloscópio, como mostrado na Figura 11. O osciloscópio mede até a 40ª harmônica e compara ao padrão IEC selecionado. Para ver as harmônicas maiores, pressione Scroll Harmonics e rotacione o botão.

11. Para visualizar os resultados em formato de gráfico de barra, pressione Settings, então, pressione Display e

mude da configuração Table para a configuração Bar Chart, como mostrado na Figura 12.

Figura 10: Diagrama de conexões para medição de harmônicas de corrente.

Figura 11: Medição de harmônicas de corrente em formato de tabela.

Figura 12: Medição de harmônicas de corrente em formato de gráfico de barra.

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8

Análise de corrente de inrush

Figura 13: Configurando a corrente de inrush “esperada” e a tensão de linha pico a pico, para medição de disparo único. A análise de corrente de inrush mede a corrente de pico da

entrada (positiva ou negativa) quando a potência é ligada. Dado que essa medição é baseada em uma aquisição de um evento de disparo único, não há uma seleção AutoSetup para essa medição (AutoSetup requer um sinal de entrada repetitivo). Por essa razão, você deve indicar o surto de corrente de pico “esperado”, assim como a tensão de linha pico a pico em estado estacionário, para que o osciloscópio possa estabelecer escala vertical inicial. O osciloscópio então fornece instruções passo a passo sobre como realizar a medição de disparo único.

1. Se estiver utilizando o kit de treinamento de medições de potência da Agilent, coloque a chave de carga S2 na posição ON (carga alta, corrente máxima).

2. Pressione [Analyze] no painel frontal; então, selecione Power Application na opção Features.

3. Pressione Analysis; então, selecione medição Inrush Current.

4. Pressione Signals; então conecte a ponta de prova de tensão N2790A da entrada do canal 1 do osciloscópio à linha (cabo vermelho) e ao neutro (cabo preto), como ilustrado no diagrama de conexões da Figura 13. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, conecte ao TP2 (cabo vermelho) e TP1 (cabo preto) na placa de demonstração.

5. Conecte a ponta de prova de corrente 1147B entre a entrada do canal 2 do osciloscópio e o loop de fio do sinal de linha de entrada. Se estiver utilizando o kit de treinamento da Agilent, conecte a ponta de prova de corrente ao loop J1, na direção indicada.

6. Certifique-se que a tensão esteja em 1 (canal 1), e a corrente esteja em 2 (canal 2).

7. Defina Max Vin e o surto esperado aproximado para seu dispositivo sob teste. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, então as configurações padrões devem ser apropriadas para essa medição.

Observe que a corrente de surto padrão esperada e as configurações Max Vin foram otimizadas (configuração padrão) para o kit de treinamento SMPS da Agilent. Embora a corrente de pico em estado estacionário da placa de demonstração seja aproximadamente 1 A (com a chave de carga S2 na posição ON), o pico da corrente de inrush é muito maior, podendo exceder ± 30 A. Determinar a corrente de pico “esperada” de seu dispositivo de teste será um processo iterativo de tentativa e erro. O valor colocado como esperado deve ser maior que o valor de corrente de pico efetivo que será capturado e medido.

8. Após aceitar ou mudar as configurações no menu Signals, pressione [Back] no painel frontal (lado esquerdo do osciloscópio) para retornar ao menu anterior.

Figura 14: Medição da corrente de inrush.

9. Pressione Apply; então siga as instruções passo a passo mostradas na tela, que serão repetidas abaixo. 10. Desligue a potência; então, pressione Next.

11. Ligue a potência; então, pressione Next.

12. Repita inúmeras vezes para obter o pico da corrente de inrush do pior caso, como mostrado na Figura 14. Se a medição de corrente de pico indicar “>” ou “<”, a forma de onda de corrente está “cortada” e você deve aumentar a configuração de corrente esperada no menu Signals, para uma medição mais precisa. O pico absoluto da corrente de inrush irá geralmente ocorrer se a chave de alimentação for ligada ao mesmo tempo que a tensão da linha de entrada estiver em seu valor absoluto de pico, positivo ou negativo. Isso significa que você deve repetir essa medição inúmeras vezes para obter a corrente de inrush do pior caso.

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Análise de perda de comutação

A análise de perda de comutação mede perdas de potência e energia do seu dispositivo de comutação (geralmente um FET). Em uma fonte de alimentação em modo de comutação (SMPS), a maioria das perdas de potência e energia ocorre durante as fases de comutação do transistor, quando ele é ligado e desligado. Durante essas fases, os transistores de comutação entram e saem de saturação e, momentaneamente, operam na região linear. As perdas de potência e energia também ocorrem durante a fase de condução do transistor de comutação. Isso é quando a tensão está no mínimo de saturação do transistor e fluxos de corrente. As perdas durante a fase de não condução são geralmente insignificantes, e devem teoricamente ser zero. A medição de perda de comutação automaticamente mede as perdas sobre um ciclo de comutação. Mas você pode, então, otimizar as configurações verticais e horizontais do osciloscópio, para realizar medições mais precisas da perda de potência e energia, durante as fases de comutação. 1. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, coloque a chave de carga S2 na posição ON (carga alta, corrente máxima).

2. Pressione [Analyze] no painel frontal; então, selecione Power Application na opção Features.

3. Pressione Analysis; então, selecione medição Switching Loss.

4. Pressione Signals.

5. Conecte a ponta de prova diferencial de alta tensão N2790A entre a entrada do canal 1 do osciloscópio e o dreno/coletor (cabo vermelho) e fonte/emissor (cabo preto) de seu transistor de comutação, como ilustrado no diagrama de conexões na Figura 15. Se você estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, conecte ao TP3 (cabo vermelho) e ao TP4 (cabo preto). 6. Conecte a ponta de prova de corrente 1147B entre a entrada do canal 2 do osciloscópio e o loop de fio da fonte/emissor. Se você estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, conecte a ponta de prova de corrente ao loop de corrente J2, na direção indicada. Observe que, antes de conectar a ponta de prova de corrente ao loop de corrente, pode ser um bom momento para desmagnetizar a ponta de prova de corrente.

7. Certifique-se que a tensão esteja em 1 (canal 1), e a corrente esteja em 2 (canal 2), dentro do menu Signals. 8. Pressione AutoSetup; e então, pressione Apply. Quando AutoSetup é pressionado, o osciloscópio irá estabelecer uma escala vertical otimizada para as formas de onda de tensão (traço amarelo) e de corrente (traço verde), definir a base de tempo principal (parte superior da tela), para exibir dois ciclos de comutação, e definir a base de tempo do zoom (parte inferior da tela), para mostrar um ciclo de comutação.

Figura 15: Conectando as pontas de prova de tensão e corrente ao dispositivo de comutação transistor.

Figura 16: Medição de perda de energia e potência sobre um ciclo de comutação.

Quando Apply é pressionado, o osciloscópio liga uma função matemática que exibe a forma de onda da potência (traço roxo) e também mede os seguintes parâmetros, como mostrado na Figura 16:

• Frequência de comutação (medição de contador) • Perda de potência (potência média na janela de zoom) • Perda de potência/ciclo (mesmo que perda de potência nas configurações iniciais)

• Perda de energia (integração da perda de potência) Conduzindo

Não conduzindo

Não conduzindo

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10

Análise de perda de comutação

Figura 17: Medindo perda de potência e energia sobre um ciclo de comutação, baseado no valor inserido de Rds(on).

Os osciloscópios não apresentam faixa dinâmica e resolução suficiente para realizar medições precisas de perda de potência e energia durante as fases de condução e não condução, baseados nas formas de onda de tensão e corrente (potência = tensão x corrente). Quando as amplitudes das formas de onda de tensão e corrente estão próximas de zero, alguns décimos de divisão de erro de offset do osciloscópio e/ou ponta de prova (mesmo se estiverem dentro da especificação) podem contribuir para erros significativos na medição. As medições de perda de potência e energia podem ser realizadas com mais precisão se a potência for calculada durante a fase de condução, utilizando um valor escolhido e específico de Rds(on) ou Vce(sat). O osciloscópio irá, então, calcular e traçar a forma de onda de potência, baseado na forma de onda de corrente medida durante apenas a fase de condução, utilizando a constante escolhida para calcular potência (Pwr = I2Rds(on) ou IxVce(sat)). Agora vamos configurar o osciloscópio para realizar medição de perda de potência e energia em um ciclo de comutação, baseado no Rds(on).

9. Pressione Settings.

10. Pressione Conduction Waveform; então altere a configuração de Voltage Waveform para Rds(on). 11. Pressione Rds(on); então entre, o valor apropriado de Rds(on) para seu DUT. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, escolha 200 mΩ.

A tela de seu osciloscópio deve estar parecida com a Figura 17, e as medições de perda de potência e energia mostradas no lado direito da tela devem estar mais precisas — assumindo que você inseriu um valor Rds(on) correto para seu dispositivo sob teste. Compare os resultados dessa medição de perda de potência e energia sobre um ciclo de comutação, baseado no valor inserido Rds(on), à medição mostrada na Figura 16, que foi puramente baseada nos valores digitalizados das formas de onda de tensão e corrente.

Quando você selecionar medições de perda de potência e energia baseadas Rds(on) ou Vce(sat), o osciloscópio utiliza as configurações V Ref e I Ref (também definidas no menu Settings) para determinar o método apropriado para calcular a forma de onda de potência para cada fase de comutação.

Quando a forma de onda de tensão (traço amarelo) estiver acima de V Ref (padrão = 5%), o osciloscópio calcula a forma de onda de potência como produto das formas de onda de tensão e corrente (V x I). Isso geralmente apenas ocorre durante as fases de liga e desliga do transistor. Note que você pode observar um maior pico de potência próximo ao centro da tela (desligado), e possivelmente um menor pico de potência (ligado) coincidente, quando a forma de onda de tensão cai a quase zero volts. É durante essas fases, relativamente curtas, que o osciloscópio calcula a potência através do produto das formas de onda instantâneas de tensão e corrente.

Quando a forma de onda de tensão está abaixo do V Ref, o osciloscópio irá calcular a forma de onda de potência como I2Rds(on) ou I x Vce(sat). Isso fornece uma medição mais precisa das perdas, durante a fase de condução. A seguir iremos nos focar nesse segmento da forma de onda. Se a forma de onda de corrente estiver abaixo do I Ref (padrão = 5%), então o osciloscópio irá calcular a forma de onda de potência como V x 0 Amps, que será sempre zero Watts. O osciloscópio utiliza esse método durante a fase de não condução das formas de onda de comutação, quando a corrente cai a zero (teoricamente).

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Análise de perda de comutação

A caracterização completa e otimização da eficiência das fontes de alimentação de comutação geralmente exigem que os engenheiros isolem e meçam as perdas de potência e energia durante cada fase de comutação, individualmente. A precisão das medições da perda de comutação sobre um ciclo de comutação também pode ser melhorada se realizada em cada fase de comutação e, então, somada para determinar a perda total sobre um ciclo. Isso requer que você faça o janelamento em cada fase enquanto otimiza manualmente as configurações verticais e horizontais do osciloscópio. Agora vamos realizar medições mais precisas de perda de potência e energia quando o transistor desliga; algumas vezes referidas como fase TOFF. Utilizando a configuração atual do osciloscópio, isso ocorre aproximadamente no centro da tela, onde você pode ver o surto na forma de onda de potência (traço roxo) da Figura 17.

12. Diminua a configuração de base de tempo do zoom (maior botão horizontal) para focar no surto de forma de onda de potência próximo ao centro da tela.

13. Ajuste a configuração de atraso/posição horizontal (menor botão horizontal) para centralizar o surto de potência dentro da tela de zoom, como mostrado na Figura 18. O “Ajuste” as configurações de base de tempo de zoom e atraso, para realização do janelamento apenas do surto de potência na fase desligada, é um processo iterativo. A medição de perda de potência é a potência média sobre um intervalo de tempo curto/com zoom, e essa medição é relativamente insignificante. A medição de perda de energia, que é mais importante, é a integração da perda de potência nessa região com zoom. Perda de potência/ciclo é porção da perda de potência relativa a um ciclo de comutação completo.

Observe que algumas fontes de alimentação de comutação também exibem perdas durante a fase ligada (quando a tensão abaixa e a corrente começa a fluir). Se esse for o caso você irá observar dois surtos de potência na tela de base de tempo principal/superior. Quando estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent como seu DUT, as perdas de potência e energia durante a fase ligada são relativamente insignificantes, evidenciado pelo menor surto de potência na tela de base de tempo principal, mostrado na Figura 18. Porém, se você observar um significante segundo surto de forma de onda de potência você também deve realizar o janelamento desse segundo pico, para também medir as perdas da fase ligada.

Agora vamos medir a perda de potência e energia durante a fase de condução (quando a tensão/forma de onda amarela é/está próxima de seu mínimo). A perda de potência e energia durante a fase de condução será baseada no valor inserido de Rds(on).

Figura 18: Janelamento no surto de potência no centro da tela para medir a perda de potência e energia, durante apenas a fase desligada do transistor.

Figura 19: Ajustando a base de tempo do zoom para janelamento apenas na fase de condução.

14. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, aumente a configuração da base de tempo de zoom para aproximadamente 300 ns/div. Note que se você pressionar o botão de base de tempo (maior botão horizontal), você pode alternar entre ajuste fino e grosso.

15. Ajuste a configuração de atraso/posição horizontal (menor botão horizontal) para realizar o janelamento na região onde a forma de onda de tensão (traço amarelo) está baixa.

16. Reajuste a configuração de base de tempo de zoom utilizando o “ajuste fino” (pressione o botão de base de tempo horizontal para alternar entre fino e grosso) até que todos os surtos da forma de onda de potência (traço roxo) estejam fora da tela, para esquerda e direita da tela de zoom/inferior. Perda de potência ligada Perda de potência desligada Perda de potência desligada Fase de condução Fase de condução

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Análise de perda de comutação

Observe que você talvez precise reajustar a configuração de atraso/posição horizontal. Esse é um processo interativo de ajuste de s/div e atraso para otimizar as configurações da janela de zoom. Todas as medições de perda de potência e energia serão “fechadas” e realizadas apenas dentro da tela de zoom. Uma vez que tiver definido adequadamente a base de tempo do zoom (s/div e atraso/posição horizontal) para janelamento apenas na fase de condução, você deve observar o que parece ser uma linha plana da forma de onda de potência (traço roxo) na parte de baixo da tela de zoom/ inferior, como mostrado na Figura 19. Para realizar uma medição precisa de perda de potência e energia nessa forma de onda, precisamos realizar um zoom vertical na forma de onda de potência (traço roxo). Porém, não tente realizar o zoom vertical na forma de onda de tensão (traço amarelo) para ganhar mais resolução e precisão. O zoom vertical na forma de onda de tensão pode fazer com que o amplificador vertical do osciloscópio entre em saturação, resultando em distorção devido a recuperação da saturação.

17. Pressione o botão de posição vertical da forma de onda para aproximadamente centralizar a forma de onda de potência (traço roxo). O botão de posição matemática da forma de onda é o botão mais baixo, próximo da chave [Math], próximo ao lado direito do painel frontal do osciloscópio.

18. Gire o botão de escala vertical de forma de onda (botão superior, próximo da chave [Math]) no sentido horário, para expandir verticalmente a forma de onda de potência (traço roxo).

19. Reajuste o botão de posição vertical da forma de onda para novamente centralizar a forma de onda de potência (traço roxo) na tela, sem cortá-la na parte superior ou inferior, como mostrado na Figura 20. Observe que o ajuste da posição vertical e escala da forma de onda é um processo iterativo, realizado até que você otimize a escala e não possua cortes em sua tela de zoom/inferior.

Mesmo que porções da forma de onda de potência na tela de base de tempo principal/superior estejam cortadas na parte superior, não há saturação. Isso se deve ao fato de que a forma de onda de potência é uma forma de onda calculada matematicamente, baseada na forma de onda de corrente (traço verde), que não deve ser cortada ou saturada, e o valor inserido de Rds(on). Adicionalmente, as medições de perda de potência/ciclo e perda de energia são baseadas apenas nos dados calculados dentro da tela de zoom/inferior. Nessa particular medição documentada desse procedimento, o kit de treinamento SMPS da Agilent apresenta uma perda de potência/ciclo de aproximadamente

Figura 20: Janelamento na forma de onda de potência durante a fase de condução.

35 mW e perda de energia de aproximadamente 500 nJ, durante a fase de condução. Analisando a Figura 18, quando medimos as perdas durante a fase desligada, medimos uma perda de potência/ciclo de aproximadamente 65 mW e perda de energia de aproximadamente 930 nJ. As perdas totais para um ciclo de comutação é a soma da perda de potência/ciclo e perda de energia durante a fase de desliga, liga (medido, mas não mostrado) e de condução, resumido na tabela abaixo: Fase Perda de potência/ciclo Perda de energia Ligada 2,6 mW 38 nJ Desligada 69 mW 997 nJ Condução 34 mW 491 nJ Não condução 0 mW 0 nJ Perdas totais 106 mW 1,53 µJ

Agora compare esses valores medidos com maior precisão, de perda de potência/ciclo e perda de energia, aos

resultados obtidos quando o osciloscópio estava configurado para medir as perdas totais sobre um ciclo completo de comutação (Figura 17).

Perda de potência durante condução

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13

Análise de taxa de variação

A análise de taxa de variação mede a razão de variação da forma de onda de tensão e/ou corrente, quando o transistor de comutação de sua fonte de alimentação liga e desliga.

1. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, coloque a chave de carga S2 na posição ON (carga alta, corrente máxima).

2. Pressione [Analyze] no painel frontal; então selecione Power Application na opção Features. 3. Pressione Analysis; então, selecione medição Slew

Rate.

4. Pressione Signals; conecte a ponta de

prova de tensão N2790A entre a entrada do canal 1 do osciloscópio e o dreno/coletor (cabo vermelho) e fonte/emissor (cabo preto) de seu transistor de comutação, como ilustrado no diagrama de conexões na Figura 21. Se você estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, conecte ao TP3 (cabo vermelho) e ao TP4 (cabo preto).

5. Conecte a ponta de prova de corrente 1147B ao loop de fio da fonte/emissor. Se você estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, conecte a ponta de prova de corrente ao loop de corrente J2, na direção indicada.

6. Certifique-se que a tensão esteja em 1 (canal 1), e a corrente esteja em 2 (canal 2).

7. Pressione AutoSetup; então, pressione Apply. A tela de seu osciloscópio deve estar parecida com a Figura 22. AutoSetup irá otimizar a escala das formas de onda de tensão e corrente, definir a base de tempo principal (tela superior) para exibir um ciclo de comutação, e definir a base de tempo de zoom (tela inferior) janelada na fase desligada das formas de onda de tensão e corrente de comutação. Quando Apply é pressionado, o osciloscópio liga a função matemática de diferenciação (dv/dt) (traço roxo), baseada na forma de onda de tensão, para traçar dinamicamente a taxa de variação da forma de onda de tensão. Apply também liga as medições Max e Min, para medição automática das taxas de variação máxima e mínima dessa forma de onda. Para medir as taxas de variação máxima e mínima da forma de onda de corrente, pressione Source e mude a configuração de Voltage a Current.

Para medir as taxas de variação das formas de onda de tensão e corrente durante a fase ligada do transistor, ajuste o atraso/posição horizontal até que a base de tempo de zoom esteja janelando a fase ligada (quando a tensão cai pra próximo de zero), como mostrado na Figura 23. Note que, para obter uma exibição mais estável da fase ligada, você pode deixar a configuração de atraso em zero, e então alterar a borda de disparo de subida para descida. Isso irá estabelecer um disparo mais estável durante a fase ligada, com a tela de zoom centrada.

Figura 21: Diagrama de conexões para medição de taxa de variação.

Figura 22: Medição de taxa de variação da forma de onda de tensão, durante a fase desligada do transistor.

Figura 23: Medição de taxa de variação da forma de onda de corrente, durante a fase ligada do transistor.

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14

Análise de modulação

A análise de modulação é geralmente utilizada para caracterizar o feedback da modulação em largura de pulso (PWM) da saída CC ao terminal de gate do transistor de comutação, para regulação dinâmica da tensão. Infelizmente, essa medição não pode ser demonstrada com o kit de treinamento SMPS da Agilent, dado que o terminal de gate do FET não é acessível para sondagem.

1. Pressione [Analyze] no painel frontal; então, selecione Power Application na opção Features.

2. Pressione Analysis; então, selecione a medição Modulation.

3. Pressione Signals.

4. Conecte a ponta de prova de tensão N2790A entre a entrada do canal 1 do osciloscópio e gate/base (cabo vermelho) e fonte/emissor (cabo preto) de seu transistor de comutação, como ilustrado no diagrama de conexões na Figura 24. Note que, embora o diagrama de conexão também mostre a ponta de prova de corrente conectada ao dreno, essa conexão de ponta de prova não é necessária para essa medição.

5. Certifique-se que a tensão esteja em 1 (canal 1). 6. Pressione AutoSetup; então, pressione Apply. Quando AutoSetup é pressionado, o osciloscópio otimiza a escala da forma de onda de tensão (sinal gate-à-fonte) e define a base de tempo, baseada na configuração Duration definida pelo usuário.

Quando Apply é pressionado, o osciloscópio liga a função matemática tendência de medição (traço roxo), baseado nas medições ciclo de trabalho sequencial do sinal gate-à-fonte (traço amarelo) da tela do osciloscópio, como mostrado na Figura 25. Isso é basicamente um traço do ciclo de trabalho no eixo vertical, pelo tempo no eixo horizontal.

Nesse exemplo, nós redimensionamos a base de tempo para 200 µs/div (2 ms de duração), para otimizar a observação da modulação de ciclo de trabalho do sinal de gate. O ciclo de trabalho do sinal de gate desse dispositivo de comutação parece estar modulando a uma taxa de 1 kHz, com ciclo máximo medido de aproximadamente 15% e um ciclo de trabalho mínimo medido de aproximadamente 13%.

A medição modulação pode ser muito útil para caracterizar atributos de inicialização de sua fonte de alimentação de comutação. A Figura 26 mostra um exemplo de medição de disparo único da frequência do sinal de gate do transistor de comutação, quando é inicialmente alimentado. Nesse caso nós mudamos o tipo de medição de ciclo de trabalho para frequência, e então manualmente definimos para que o osciloscópio realize aquisição de disparo único. Nesse exemplo, podemos observar a amplitude do sinal gate-à-fonte (traço amarelo) aumentar até sua condição de estado estacionário, em aproximadamente 1,8 ms. E a forma de onda de tendência de medição (traço roxo), que é baseada em medições sequenciais de frequência do sinal de gate na tela, mostra que o transistor rapidamente atinge a frequência de comutação do estado estacionário de 69 kHz em 600 µs.

Figura 24: Diagrama de conexões da medição de modulação.

Figura 25: Medição de modulação do ciclo de trabalho na entrada de gate do transistor de comutação.

Figure 26: Medição de modulação da frequência na entrada de gate do transistor de comutação, durante inicialização.

Forma de onda da tendência de medição do ciclo de trabalho

Forma de onda da tendência de medição da frequência

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Análise de ondulação de saída

A análise de ondulação de saída mede os extremos pico a pico do sinal CC de saída de sua fonte de alimentação. Ela também mede a CA-RMS do sinal CC de saída. A medição CA-RMS é a mesma que o desvio padrão (σ), que é uma medição geralmente utilizada para caracterizar ruído aleatório. A ondulação de saída é praticamente dominada pelo ruído de comutação, mas também pode incluir outro ruído aleatório e acoplamento de sinal de várias fontes de seu sistema. Essa medição basicamente mede a qualidade da regulação de tensão de sua fonte de alimentação e filtragem para rejeição de comutação, assim como outras fontes de ruído/interferência.

1. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, coloque a chave de carga S2 na posição ON (carga alta, corrente máxima).

2. Pressione [Analyze] no painel frontal; então, selecione Power Application na opção Features.

3. Pressione Analysis; então, selecione medição Output Ripple.

4. Pressione Signals.

5. Conecte a ponta de prova de tensão passiva 10:1, padrão, da entrada do canal 3 do osciloscópio ao sinal de saída CC e terra, como ilustrado no diagrama de conexões na Figura 27. Se você estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, conecte a ponta de prova passiva 10:1 do canal 3 ao TP5 (pegador da extremidade da ponta de prova) e TP6 (terra).

6. Pressione Voltage; então mude a configuração para 3 (a fonte medida será o canal 3).

7. Pressione AutoSetup; então, pressione Apply.

A tela de seu osciloscópio deve ser similar à Figura 28. Quando AutoSetup é pressionado, a CA do osciloscópio acopla o sinal de entrada no canal selecionado, eliminando a componente CC, e então otimiza a escala da configuração vertical do canal de entrada para exibir apenas a ondulação de saída do sinal de saída CC.

Quando Apply é pressionado, o osciloscópio mede a ondulação de saída do sinal de saída CC em termos de tensão pico a pico, bem como CA-RMS (σ).

Observe que, em uma fonte de alimentação bem regulada, é gerado um nível muito baixo de ondulação de saída, talvez sendo necessário uma ponta de prova passiva 1:1, tal como a N2870A ou 100070D da Agilent.

Figura 27: Diagrama de conexões da medição de ondulação de saída.

Figura 28: Medição da ondulação de saída em um sinal de saída CC.

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16

Análise liga/desliga

A análise de liga mede o tempo desde o início da

alimentação até que a saída cc atinja 90% de seu valor de estado estacionário esperado. A análise de desliga mede o tempo, desde o término da alimentação até que a saída cc atinja 10% de seu nível de estado estacionário.

1. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, coloque a chave de carga S2 na posição ON (carga alta, corrente máxima).

2. Pressione [Analyze] no painel frontal; selecione Power Application na opção Features.

3. Pressione Analysis; então, selecione medição Turn On/Turn Off.

4. Pressione Signals.

5. Conecte a ponta de prova ativa diferencial N2790A da entrada do canal 1 do osciloscópio à linha (cabo vermelho) e ao neutro (cabo preto), como ilustrado no diagrama de conexões da Figura 29. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, conecte ao TP2 (cabo vermelho) e TP1 (cabo preto) na placa de demonstração.

6. Conecte a ponta de prova passiva de tensão 10:1 entre a entrada do canal 3 do osciloscópio e a saída CC de seu DUT. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, conecte ao TP5 (pegador da extremidade da ponta de prova) e TP6 (terra).

7. Pressione Input V; então, selecione 1 (canal 1). 8. Pressione Output V; então, selecione 3 (canal 3).

Observe que as configurações padrões de Duration, Max Vin e Steady Vout foram otimizadas para o kit de treinamento SMPS da Agilent. Se estiver testando outra fonte de alimentação, entre os valores adequados de Max Vin (pico a pico) e Steady Vout. Você pode começar seu teste com a configuração padrão de Duration de 500 ms, que irá determinar a base de tempo para essa medição.

9. Pressione [Back] no painel frontal para retornar ao menu anterior.

10. Pressione Apply para iniciar o teste; então siga as instruções na tela, repetidas abaixo.

11. Desligue a potência, então, pressione Next. 12. Ligue a potência; então, pressione Next.

Se o tempo de liga do seu DUT for menor que 400 ms, então a tela de seu osciloscópio deve estar parecida com a Figura 30. Se a configuração inicial de Duration for muito baixa, então a medição não pode ser realizada. Se esse for o caso, defina o tempo de Duration para um valor maior, conforme indicado na tela; então, tente novamente. Alternativamente, para aprimorar a resolução de tempo dessa medição, você pode definir um menor tempo de duração. Após determinar o melhor tempo de duração para essa medição, repita o teste várias vezes para determinar o melhor e o pior tempo de liga. A Figura 31 mostra o mesmo teste, com tempo de duração definido em 50 ms.

Figura 29: Diagrama de conexões liga/desliga no menu Signals.

Figure 30: Teste liga, utilizando configuração de tempo de duração padrão de 500 ms.

Figura 31: Teste liga, utilizando configuração de tempo de duração de 50 ms, para aumentar resolução e precisão de medição.

Saída CC

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17

Análise liga/desliga

Agora vamos realizar a medição do tempo de desliga. 13. Continuando da medição de tempo Turn On anterior, pressione Test; então altere de Turn On a Turn Off.

14. Pressione Signals; então observe as configurações padrões de Duration, Max Vin e Steady Vout. Essas configurações foram otimizadas para o kit de treinamento SMPS da Agilent, utilizado nesse procedimento de demonstração. Se estiver testando outra fonte de alimentação, Max Vin e Steady Vout devem estar com os valores corretos, baseado no teste de Turn On anterior. Mas a configuração de tempo de Duration padrão de 1,00 segundo pode não ser válida para sua fonte de alimentação. 15. Pressione [Back] no painel frontal para retornar ao menu anterior; então, pressione Apply e siga as i nstruções passo a passo da tela, repetidas abaixo. 16. Ligue a potência; então, pressione Next.

17. Desligue a potência; então, pressione Next.

A tela de seu osciloscópio deve estar parecida com a Figura 32. Repita essa medição diversas vezes para determinar o melhor e o pior tempo de desliga. Observe que você pode ajustar a configuração de tempo de Duration para esse teste.

Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent para essa medição, tente colocar a chave S2 na posição OFF (carga baixa, corrente mínima) e, então, repita a medição de tempo de Turn Off. Você provavelmente precisará aumentar o tempo de duração para 2,0 segundos, com a chave de carga S2 na posição OFF. Com uma menor carga de saída, a saída irá decair mais lentamente quando a alimentação for desligada.

Figura 32: Teste de tempo de desliga.

Saída CC

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18

Análise de resposta transitória

Figura 33: Diagrama de conexões da resposta transitória no menu Signals.

A análise de resposta transitória mede o tempo necessário para que a tensão CC de saída se estabilize dentro de uma porcentagem, definida pelo usuário, do nível de saída esperado após mudança repentina da carga de saída (corrente de saída aumenta ou diminui). Antes de configurar essa medição, você primeiro precisa definir quais os níveis apropriados de corrente de saída para várias condições de carga.

1. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, coloque a chave de carga S2 na posição OFF (carga baixa, corrente mínima).

2. Pressione [Analyze] no painel frontal; então, selecione Power Application na opção Features. 3. Pressione Analysis; então, selecione medição Transient Response.

4. Pressione Signals.

5. Conecte a ponta de prova de corrente 1147B da entrada do canal 2 do osciloscópio ao sinal de corrente de saída do seu dispositivo sob teste, como ilustrado no diagrama de conexões da Figura 33. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, conecte ao loop de corrente J3, na direção indicada na placa de demonstração. Observe que a seta de direção de corrente na ponta de prova deve estar apontando para baixo, em direção a sua bancada. 6. Conecte a ponta de prova passiva de tensão 10:1 entre a entrada do canal 3 do osciloscópio e o sinal de tensão CC de saída. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, conecte ao TP5 (pegador da extremidade da ponta de prova) e TP6 (terra).

7. Pressione Voltage; então, selecione 3 (canal 3). 8. Pressione Current; então, selecione 2 (canal 2). 9. Defina Steady Vout para seu DUT. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, o nível padrão de 12,0 V é apropriado.

10. Pressione [Back] no painel frontal para retornar ao menu anterior.

11. Pressione Settings; então, defina Initial I para o nível de corrente de saída de baixa carga aproximado, assumindo que a chave de carga S2 esteja na posição OFF (carga baixa/corrente baixa). Agora defina o New I para o nível de corrente de saída de alta carga aproximado. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, você pode utilizar a configuração padrão de 60 mA e 215 mA, respectivamente.

12. Pressione [Back] no painel frontal para retornar ao menu anterior.

13. Pressione Apply; então, siga as instruções passo a passo na tela, repetidas abaixo.

14. Aumente a carga de saída (maior corrente). Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, coloque a chave de carga S2 na posição ON (longe do loop de corrente J3).

Figura 34: Medição do tempo de estabilização da resposta transitória, quando a carga de saída aumenta (corrente de saída aumenta repentinamente).

15. Pressione Next.

A tela de seu osciloscópio deve estar parecida com a Figura 34. Quando a corrente de saída medida pela ponta de prova de corrente do canal 2 (traço verde) aumenta repentinamente, a tensão de saída (traço azul) momentaneamente cai e, então, estabiliza dentro de 10% do nível de tensão de saída esperado, em aproximadamente 12 ns.

V-out transitória

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19

Análise de resposta transitória

Agora vamos realizar a medição do tempo de estabilização de resposta transitória quando a carga de saída diminui (menor corrente de saída).

16. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, certifique-se que a chave de carga S2 está na posição ON (longe do loop de corrente J3). Isso irá colocar o kit de treinamento na condição inicial de carga alta (alta corrente de saída).

17. Pressione Settings; se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, então defina Initial I para aproximadamente 200 mA, e New I para aproximadamente 60 mA. Se estiver realizando medições de resposta transitória em sua própria fonte de alimentação, então, defina os valores adequados. 18. Pressione [Back] no painel frontal para retornar ao menu anterior.

19. Pressione Apply; então siga as instruções passo a passo na tela, repetidas abaixo.

20. Diminua a carga de saída (menor corrente). Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, coloque a chave de carga S2 na posição OFF (em direção do loop de corrente J3).

21. Pressione Next.

A tela de seu osciloscópio deve estar parecida com a Figura 35. Quando a corrente de saída (traço verde) diminui repentinamente, a tensão de saída (traço azul) momentaneamente aumenta, e então estabiliza dentro de 10% do nível de tensão de saída esperado, em aproximadamente 21 ns.

Observe que a medição do tempo de estabilização da resposta transitória para ambas condições de carga, aumentando e diminuindo, deve ser repetida diversas vezes para caracterizar o melhor e o pior caso.

Figura 35: Medição do tempo de estabilização da resposta transitória, quando a carga de saída diminui (corrente de saída diminui repentinamente).

V-out transitória

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20

Análise PSRR

Figura 36: Diagrama de conexões PSRR no menu Signals. A análise da taxa de rejeição da fonte de alimentação

(PSRR), algumas vezes referida como rejeição de ondulação da fonte de alimentação, mede a capacidade do regulador de tensão em rejeitar acoplamento em várias frequências varridas. Essa análise é geralmente realizada em reguladores de baixo drop-out (LDO), utilizando um analisador de rede. Embora a faixa dinâmica do osciloscópio para essa medição seja limitada em aproximadamente 50 dB, essa medição pode ser realizada automaticamente, utilizando o gerador de forma de onda embutido nos osciloscópios InfiniiVision das séries 3000/4000X da Agilent.

Para realizar essa medição você deve conectar a saída do WaveGen (Gen Out 1 apenas na série 4000X) à entrada CC do LDO via uma rede de soma. Se você conectar a saída do WaveGen diretamente à entrada do LDO, sem uma rede de soma, a fonte CC de entrada do dispositivo sob teste irá aparecer como carga de baixa impedância para o WaveGen, e a sua impedância de fonte de 50-Ω também pode carregar excessivamente a fonte CC de entrada do DUT. Se uma rede de soma de análise não estiver disponível, você pode construir uma composta simplismente por um indutor, em série com a fonte CC de entrada e um capacitor em série com a saída do WaveGen. Mas você levar em consideração a reatância desses componentes, em relação à banda necessária de frequências que devem ser testadas. A PSRR é logaritcamente traçada pela frequência, como 20Log(Vi/Vo), que é o inverso do gráfico de Bode padrão. Embora seja geralmente utilizada uma ponta de prova passiva de tensão 10:1 para medir V-in, devido à dinâmica limitada de um osciloscópio, é recomendada a ponta de prova passiva de tensão 1:1, N2870A ou 10070D da Agilent, para medir o V-out.

1. Pressione [Analyze] no painel frontal; então selecione Power Application na opção Features. 2. Pressione Analysis; então, selecione a medição Power Supply Rejection Ratio (PRSSR). 3. Pressione Signals.

4. Conecte a saída do WaveGen (Gen Out 1 apenas se estiver utilizando o osciloscópio da série 4000X da Agilent) à fonte de entrada CC do DUT via rede de soma, como ilustrado no diagrama de conexões da Figura 36.

5. Conecte a ponta de prova passiva de tensão 10:1 da entrada do canal 1 do osciloscópio à entrada CC do DUT.

6. Conecte a ponta de prova passiva de tensão 1:1 da entrada do canal 3 do osciloscópio à entrada CC do DUT.

7. Certifique-se que Input V esteja em 1 (canal 1), e Output V esteja em 3 (canal 3).

8. Pressione [Back] no painel frontal para retornar ao menu anterior.

9. Pressione Settings.

10. Defina as frequências mínima e máxima para teste. 11. Defina Max Ratio para plotar os resultados medidos. 12. Defina a amplitude de saída da onda senoidal que será somada à entrada do DUT. Uma configuração típica é de 500 mVpp a 1,0 Vpp.

13. Pressione [Back] no painel frontal para retornar ao menu anterior.

14. Pressione Apply para iniciar a medição.

Note que essa medição não pode ser demonstrada com o kit de treinamento SMPS da Agilent.

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21 Figura 37: Medição da taxa de rejeição da fonte de alimentação (PSSR), utilizando o gerador de forma de onda embutido no osciloscópio como fonte de varredura automática.

A Figura 37 mostra os resultados de medição PSRR após o teste de varredura ser completado. Nesse exemplo, nós testamos de 100 Hz a 20 MHz, utilizando uma onda senoidal de entrada de 1,0 Vpp. As ondas senoidais amarela e azul são as formas de onda de entrada e saída da última frequência testada (20 MHz). O traço roxo é o PSRR plotado em dB. Após o término da medição, você pode utilizar os marcadores do osciloscópio para medir a rejeição em várias frequências. Nesse teste, nós medimos aproximadamente 50 dB de rejeição em frequências menores, e,

aproximadamente, 8,4 dB de rejeição na frequência máxima de teste (20 MHz).

Análise PSRR

(22)

22

Análise de eficiência

A análise de eficiência mede a potência real de entrada e a potência de saída para calcular a eficiência de sua fonte de alimentação (eficiência = Pwr(out)/Pwr(in) x 100). A realização dessa medição requer três pontas de prova ativas que precisam de potência (ponta de prova ativa de alta tensão e duas pontas de prova ativas de corrente). Se não estiverem disponíveis duas pontas de prova de corrente, então essa medição pode ser realizada em 2 passos: meça potência de entrada, meça potência de saída e então calcule a eficiência. Mas primeiramente iremos mostrar como realizar a medição com as duas pontas de prova de corrente, em apenas um passo. 1. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, coloque a chave de carga S2 na posição ON (carga alta, corrente máxima).

2. Pressione [Analyze] no painel frontal; então, selecione Power Application na opção Features.

3. Pressione Analysis; então, selecione medição de eficiência.

4. Pressione Signals; então, vá até o final do diagrama de conexões.

5. Conecte a ponta de prova ativa diferencial de alta tensão N2790A entre a entrada do canal 1 do osciloscópio e a linha (cabo vermelho) e o neutro (cabo preto), como ilustrado no diagrama de conexões da Figura 38. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, conecte ao TP2 (cabo vermelho) e ao TP1 (cabo preto).

6. Conecte a ponta de prova de corrente 1147B entre a entrada do canal 2 do osciloscópio e o loop de corrente da linha de entrada. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, conecte ao loop de corrente J1, na direção indicada. 7. Conecte a ponta de prova passiva de tensão 10:1 entre a entrada do canal 3 do osciloscópio e o sinal de saída CC. Se estiver utilizando a placa de demonstração de potência da Agilent, conecte ao TP5 (pegador da extremidade da ponta de prova) e TP6 (terra).

8. Se estiver utilizando um osciloscópio da série 4000X da Agilent, conecte outra ponta de prova de corrente 1147B entre a entrada do canal 4 do osciloscópio e o loop de corrente CC de saída. Se estiver utilizando o kit de treinamento SMPS da Agilent, conecte ao loop de corrente J3, na direção indicada. Se estiver utilizando um osciloscópio da série 3000X da Agilent, sua segunda ponta de prova de corrente deve ser alimentada externamente, pois esse osciloscópio só pode alimentar duas pontas de prova ativas.

9. Pressione Input V; então, selecione 1 (canal 1). 10. Pressione Input I; então, selecione 2 (canal 2). 11. Pressione Output V; então, selecione 3 (canal 3). 12. Pressione Output I; então, selecione 4 (canal 4). 13. Pressione AutoSetup; então, pressione Apply.

A tela de seu osciloscópio deve estar parecida com a Figura 39. A medição da fonte de alimentação do kit de treinamento SMPS da Agilent apresentou eficiência aproximada de 76%.

Figura 38: Diagrama de conexões da medição de eficiência no menu Signals.

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23

Osciloscópios da Agilent Technologies

Múltiplos tamanhos, de 20 MHz a > 90 GHz | Especifi cações líderes de indústria | Aplicações poderosas

Se não estiver, disponível duas pontas de prova de corrente para essa medição, então siga o procedimento acima para medir a potência de entrada, com sua ponta de prova de corrente conectada entre o canal 2 e o loop de corrente de entraad. Não conecte nada na entrada do canal 4 do osciloscópio. Após realizar o procedimento acima, anote os resultados de potência de entrada, mas ignore as medições de potência de saída e eficiência.

Em seguida, mova a ponta de prova de corrente conectada no canal 2 para o canal 4 do osciloscópio. Então a conecte no loop de corrente CC de saída (J3 se estiver utilizando kit de treinamento SMPS da Agilent). manualmente, reposicione e redimensione a escala do canal 3 (V saída) e canal 4, até que ambos os traços CC possam ser observados na tela. Anote os resultados de potência de saída. Eficiência = Pwr-saída/Pwr-entrada x 100%.

Título da publicação Tipo da publicação Número da publicação

Osciloscópios InfiniiVision da série 4000X Folheto de dados 5991-1103EN

Osciloscópios InfiniiVision da série 3000X Folheto de dados 5990-6619EN

Opção de medições de potência DSOX3PWR/DSPX4PWR Folheto de dados 5990-8869EN

Pontas de prova & acessórios de osciloscópio InfiniiVision Folheto de dados 5968-8153EN

Pontas de prova ativas diferenciais de 100 MHz N2790A, 25 MHz N2791A e 70 MHz N2891A

Folheto de dados 5990-3780EN

Acessórios e pontas de prova passivas da série N2870A Folheto de dados 5990-3930EN

Literatura relacionada

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As extensões PCI para instrumenta-ção modular (PXI) proporcionam um sistema de medição e automação ro-busto, de alto desempenho e baseado em PC.

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Para maiores informações sobre os produtos, aplicações ou serviços da Agilent Technolo-gies, entre em contato com o seu escritório local da Agilent. A lista completa está disponível em: www.agilent.com/find/contactus Américas Canadá (877) 894 4414 Brasil (11) 4197 3600 México 01800 5064 800 Estados Unidos (800) 829 4444 Ásia Pacífi co Austrália 1 800 629 485 China 800 810 0189 Hong Kong 800 938 693 Índia 1 800 112 929 Japão 0120 (421) 345 Coreia 080 769 0800 Malásia 1 800 888 848 Cingapura 1 800 375 8100 Taiwan 0800 047 866 Outros países (65) 375 8100 Europa & Oriente Médio

Bélgica 32 (0) 2 404 93 40 Dinamarca 45 45 80 12 15 Finlândia 358 (0) 10 855 2100 França 0825 010 700* *0,125 €/minuto Alemanha 49 (0) 7031 464 6333 Irlanda 1890 924 204 Israel 972-3-9288-504/544 Itália 39 02 92 60 8484 Holanda 31 (0) 20 547 2111 Espanha 34 (91) 631 3300 Suécia 0200-88 22 55 Reino Unido 44 (0) 118 927 6201 Para outros países não listados: www.agilent.com/find/contactus Revisado: 6 de janeiro de 2012

Especificações e descrições de produto es-tão sujeitas a alterações sem aviso prévio. © Agilent Technologies, Inc. 2012 Impresso no Brasil, 1 de outubro de 2012 5991-1117PTBR

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