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Les mesures de boucles de contrôle aident à caractériser la réponse de votre alimentation aux variations de la demande. Votre alimentation doit se montrer réactive, sans suroscillation ni oscillation. En mesurant le gain et la phase réelle de votre circuit à différentes fréquences, vous confirmez les résultats relatifs à la stabilité de votre conception obtenus lors des simulations. Avec un oscilloscope, une source de signaux et un logiciel d'automatisation, il est possible d'effectuer rapidement les mesures et de présenter les résultats sous forme de diagrammes de Bode habituels qui facilitent l'évaluation des marges et de la comparaison des performances de circuit entre les modèles.

Configuration de la mesure de la réponse avec un oscilloscope

Pour les conceptions d'alimentation, les mesures de la réponse en boucle fermée doivent être effectuées à des fréquences comprises entre DC et quelques MHz. Alors que les analyseurs de réseau sont souvent utilisés pour l'analyse des réponses, la plupart des analyseurs de réseau vectoriels sont conçus pour effectuer des mesures RF à des fréquences minimales d'environ un mégahertz. Par opposition, les oscilloscopes peuvent mesurer à des fréquences pouvant descendre jusqu'au DC et offrent une visibilité intéressante sur le signal. Si des anomalies surviennent au cours de votre analyse, vous pouvez facilement résoudre les problèmes.

Plusieurs oscilloscopes Tektronix intègrent des sources de signaux qui peuvent être utilisées pour injecter un signal dans la rétroaction de la boucle au travers d'un transformateur d'isolement. Les deux sondes connectées à une résistance d'injection de faible valeur fournissent toutes les informations nécessaires à un logiciel d'analyse. Il mesure les amplitudes du stimulus et de la réponse pour calculer le gain et le retard de phase entre le stimulus et la réponse.

Le système général pour la réponse de la boucle de contrôle est constitué :

  • D'un oscilloscope qui offre une bande passante adéquate.
  • D'un logiciel d'automatisation de la réponse en fréquence de l'alimentation.
  • De deux sondes faible atténuation, faible capacité.
  • D'un générateur de signaux sinusoïdaux.
  • D'un transformateur avec une réponse plate afin d'isoler le générateur de signaux sinusoïdaux du circuit testé.

Caractéristiques de la sonde pour les mesures de boucle de contrôle

Pour éviter de surcharger la boucle de contrôle, l'amplitude du signal d'injection doit être maintenue à un niveau faible. L'atténuation de la sonde doit être minimisée pour obtenir la meilleure sensibilité. Il convient également de minimiser simultanément les effets de charge de la sonde. Des sondes passives solides à faible atténuation et faible capacité telles que le modèle TPP0502 s'avèrent parfaitement adaptées à ces mesures avec une atténuation 2X et une charge de 2 MΩ, 13 pF.

Mesure des marges de stabilité avec des diagrammes de Bode

Les évolutions rapides de la demande induisent des fréquences élevées dans les boucles de contrôle des alimentations. Les alimentations doivent se montrer très réactives, mais l'ajout d'un gain trop important est susceptible de générer des oscillations ou des suroscillations.

L'instabilité survient lorsque le gain de la boucle est positif (≥ 1) et que le décalage de phase s'approche de -180°. Dans ces conditions, la boucle subira une rétroaction positive et deviendra instable. Les diagrammes de Bode affichent le gain et la phase sur la même échelle de fréquences et vous permettent d'évaluer si vous vous approchez de cette situation indésirable. Deux mesures extraites d'un diagramme de Bode permettent d'évaluer la marge de sécurité dans la boucle de contrôle : la marge de la phase et la marge du gain.

La marge de la phase correspond au nombre de degrés de phase qui séparent le système de son état instable (-180° et gain unitaire). Elle représente le décalage de phase que la boucle peut tolérer lorsque le gain approche de 0 dB (gain unitaire).

La marge du gain correspond au gain en dB qui sépare le système de son état instable (-180° et gain unitaire). Elle correspond au gain qu'il est possible d'ajouter avant d'atteindre 0 dB lorsque le décalage de phase est de -180°.

La préservation de marges de phase et du gain élevées dans la boucle de contrôle permet de garantir qu'une alimentation ne fonctionnera pas à proximité de sa zone d'instabilité.

Système d'analyse de la boucle de contrôle

Pour simplifier la configuration du système, Tektronix propose un kit d'analyse pour boucle de contrôle qui rassemble les éléments d'équipement et logiciels nécessaires pour mesurer la stabilité de l'alimentation que vous avez conçue. Le kit s'articule autour des oscilloscopes MSO séries 5 et 6. Il comprend des sondes passives à faible atténuation et un logiciel d'automatisation des mesures de boucle de contrôle.