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.

 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:

Figura 2

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

 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.

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.

 Figura 5

 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:

 Figura 7

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

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–

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