Mesure de l'ondulation et du bruit des alimentations électriques
Les alimentations à découpage utilisent des semi-conducteurs de puissance pour commuter entre les états conducteur et non conducteur. Associés à des filtres passifs, des formes d'onde de différentes amplitudes peuvent être produites en définissant les périodes de marche/arrêt des états de commutation. Une conversion de puissance efficace nécessite des périodes de commutation de l'ordre de 25 à 500 ns, qui produisent des transitoires de tension indésirables aux bornes de sortie de l'alimentation. D'autres transitoires peuvent être produits par les diodes au silicium pendant la période de recouvrement inverse du courant. Réduire l'amplitude des transitoires de tension de commutation est difficile et dépend du placement soigné de condensateurs à faible impédance physiquement situés aux bornes de sortie de l'alimentation. La mesure de ces transitoires nécessite un montage spécial pour obtenir des résultats reproductibles.
En plus des défis liés aux mesures différentielles, le bruit électrique en mode commun peut compliquer davantage le processus de mesure. Pour les alimentations à sorties isolées, les capacités parasites internes provoquent une variation de la tension des bornes de sortie par rapport à la masse, principalement à la fréquence de commutation. Des condensateurs placés entre les bornes de sortie et la masse contribuent à atténuer ces tensions, mais comme les transitoires de commutation, elles sont difficiles à maîtriser.
La mesure des transitoires de commutation avec des tensions élevées en mode commun nécessite un oscilloscope et une sonde disposant d'une bande passante suffisante pour mesurer les signaux transitoires rapides avec un taux de réjection élevé du mode commun. Deuxièmement, et plus important encore, c'est la technique d'acheminement des signaux vers l'oscilloscope. Les sondes d'oscilloscope avec des fils de masse conventionnels ne peuvent pas être utilisées. La surface définie par la connexion de la pince de masse aux bornes de sortie de l'alimentation forme une boucle susceptible aux champs magnétiques parasites. Les champs magnétiques, produits par le di/dt dans les barres omnibus de sortie et les câbles vers la charge, peuvent considérablement exagérer la lecture ; les lectures peuvent présenter des erreurs de plusieurs ordres de grandeur.
La figure 1 montre la méthode de mesure électrique et les sources d'EMI. La figure 2 montre le montage d'essai physique utilisé chez Magna-Power Electronics. Le montage d'essai utilise la connexion de masse sur la pointe de la sonde, une courte connexion BNC aux barres omnibus de sortie et un filtre coaxial intégré en mode commun dans le câble de la sonde. Même avec les efforts déployés pour mesurer correctement la tension de sortie crête à crête, une tâche utile consiste d'abord à effectuer une mesure en mode commun en court-circuitant la connexion BNC et en retirant un fil de l'alimentation. Tout signal erroné résultant peut être minimisé en ajustant le filtre de mode commun et en déplaçant physiquement les câbles vers l'oscilloscope.
Magna-Power Electronics a historiquement pris la position de ne pas publier de limites sur la tension de sortie crête à crête ; nous spécifions plutôt l'ondulation de tension de sortie efficace (rms). La mesure de la tension de sortie crête à crête nécessite un montage difficile à reproduire pour les clients.
