Medição de Ripple - Você está medindo da forma correta?

Medição de Ripple

Introdução

 

O Ripple e os transientes de chaveamento são condições indesejáveis que acontecem em reguladores chaveados, como fontes de alimentação e conversores DC-DC. Geralmente não são muito graves para circuitos puramente digitais, mas podem afetar em muito o desempenho de amplificadores, conversores analógico para digital e até mesmo displays LCD. Logo, é importante que a medição de ripple, além da medição dos transientes de chaveamento, sejam executados corretamente.

 

O título deste artigo remete ao fato de que muitos profissionais ou estudantes com pouca experiência no uso de osciloscópios não sabem como medir o ripple corretamente, causando muitas frustrações quando tentam, através de mudanças no circuito, diminuir o seu valor.

 

 

Ripple

 

O ripple é uma ondulação que aparece sobre uma tensão DC, na saída de um conversor DC-DC ou fonte de alimentação chaveada. Espera-se que a saída DC seja uma tensão constante mas, na prática, esta ondulação sempre está presente. A frequência fundamental desta ondulação é a mesma frequência de chaveamento do regulador.

 

Medição de Ripple

 Figura 1

 

Os transientes de chaveamento acontecem no momento das transições das chaves (mosfets, por exemplo). 

 

 

Medição de Ripple

 

A maneira mais acessível de medir o ripple é no domínio do tempo, ou seja, utilizando um osciloscópio. E é aqui que o problemas começam...

 

A idéia inicial é fazer o que a figura 2 mostra:

 

Medição de Ripple

Figura 2

 

E teríamos uma medida deste tipo (canal 3), conforme ilustra a figura 3:

 

Medição de Ripple

 Figura 3

 

Existe um grande problema nesta medida: A ponteira do osciloscópio está formando um grande anel de terra. Isto funciona como um captador de ruídos. Se não acredita, faça o seguinte teste:

 

Conecte a garra de terra com a ponta da ponteira, conforme mostrado na figura 4, e "passeie" com ela sobre o circuito. Você verá como isto funciona como um captador de ruídos.

 

Medição de Ripple

Figura 4

 

Então a medida de ripple com este tipo de ponteira, além do ripple e dos transientes de chaveamento, mede muito ruído captado pela própria ponteira. Neste caso, quando se tenta diminuir o ripple no circuito (mudando-se capacitores e indutores, por exemplo) quase não se nota nenhuma melhoria, porque a medida está contaminada por ruído.

 

A forma de resolver de isso é muito simples: Ao invés de se utilizar a ponteira com a garra de terra, utiliza-se uma ponteira adaptada para medir ripple. Esta ponteira pode ser um acessório do osciloscópio ou pode ser feita no laboratório. Veja um esquema de com fazer essa ponteira na figura 5 e uma foto de uma ponteira para ripple na figura 6.

 

Medição de Ripple

 Figura 5

 

ripple6

 Figura 6

 

Esta ponteira pode ser feita retirando-se a capa da ponteira e enrolando-se um fio rígido na parte da terra. Nesta ponteira o loop de terra é muito menor do que na ponteira convencional.

 

Agora, retornando-se a medida apresentada anteriormente com a nova ponteira, conforme mostrada na figura 7:

 

ripple7

 Figura 7

Teremos a seguinte medida (canal 3), conforme figura 8:

 

ripple8

Figura 8

 

Muito melhor! E o circuito é o mesmo!!!

 

Para uma melhor medida é recomendável utilizar uma ponteira x1, pois a ponteira x10 atenua o sinal, podendo deixá-lo abaixo do nível mínimo de ruído do osciloscópio.

 

Se o seu osciloscópio possui opção de redução de banda, use. Fica muito mais fácil medir o ripple desta forma.

 

 

Conclusão

 

Neste artigo, mostrei uma técnica muito simples, talvez já conhecida de muitos, mas frequentemente encontro pessoas cometendo este erro. Deve-se ter em mente sempre que o loop de terra da ponteira do osciloscópio é um captador de ruídos, o que pode prejudicar a medida de sinais de pequena amplitude, como o ripple.

 

 

Referências

 

[1] http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/AN-1144.pdf

[2] http://www.digikey.com/Web%20Export/Supplier%20Content/enpirion-1280/pdf/enpirion-ouput-ripple-measurement.pdf?redirected=1

[3] http://www.edn.com/design/power-management/4411821/Testing-a-power-supply---Noise--Part-2--

Todas as imagens ou são proprietárias do autor do artigo ou são retiradas de uma das três referências acima.

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Celso Souza
Graduado em Engenharia Eletrônica pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (1986), mestrado em Sistemas de Comunicação pela University of Southern California (1999). Especialista em desenvolvimento de hardware embarcado e FPGA. Atualmente trabalha na Reason Tecnologia - Empresa do grupo Alstom

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Daniel CarvalhoRicardo Emilio ValongoRafael SouzaCelso SouzaFelipe Neves Recent comment authors
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Daniel Carvalho
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Daniel Carvalho

Muito cuidado ao utilizar uma ponteira x1/x10 na posição x1. Estas ponteiras são otimizadas para trabalhar com x10 e na posição x1 possuem uma largura de banda muito pequena.

Ricardo Emilio Valongo
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Ricardo Emilio Valongo

Legal Celso ! Obrigado.

Rafael Souza
Visitante
Rafael Souza

Bom artigo. Adicionei seu link na descrição de meu último vídeo postado. Muito obrigado!

Felipe Neves
Membro
Felipe Neves

Ótimo artigo, preciso mostrar para alguns colegas meus 🙂

Celso Souza
Visitante
Celso Souza

Obrigado Felipe, já ensinei essa técnica para muita gente. Acredito que existam muitas pessoas que ainda não sabem, por isso resolvi publicar. Abraço!