Aumento da confiança na operação do conversor full-bridge durante o processo de criação

Sua tarefa

No início do processo de criação do conversor de potência, as simulações fornecem insights iniciais sobre o padrão de comutação em conversores full-bridge complexos com retificação síncrona. O próximo passo é construir o primeiro protótipo com a topologia selecionada. A validação do protótipo inicial é fundamental para ter certeza sobre ao tomar qualquer decisão em relação ao design e para obter um melhor entendimento de como um conversor funciona no mundo real. O padrão de comutação deve ser validado antes de continuar com o processo de criação. Os designs de conversores baseados em controladores digitais usam softwares para implementar padrões de comutação, tornando a validação obrigatória. Um conversor full-bridge tem estados de comutação muito complexos e é impossível medir todos eles ao mesmo tempo com um osciloscópio padrão de 4 canais.

Quando os engenheiros encarregados do design medem os padrões sequencialmente, essas medições não refletem a realidade geral das operações do conversor. A documentação sequencial também consome muito tempo. Um instrumento que possa medir oito canais ao mesmo tempo revelaria muito mais falhas e ajudaria a acelerar o processo de criação.

A solução da Rohde & Schwarz

O osciloscópio da série MXO 5é ideal para essas medições já que possui oito canais que exibem todos os sinais relevantes necessários para validar os padrões de comutação. Este osciloscópio possui oito canais e funções automatizadas que medem o atraso entre os canais relevantes, fornecem valores estatísticos e garantem o dead time (tempo morto) mínimo entre as chaves. Todos os detalhes da tensão entre a fonte (source) e a porta (gate) podem ser avaliados, como tempos de subida e descida, ultrapassagem ou quaisquer oscilações indesejadas de componentes parasitas.

Aplicação

Um conversor CC/CC isolado de 100 W com topologia full-bridge e retificação síncrona mede os padrões de comutação do conversor. O estágio de potência reduz a tensão de entrada de 48 V para uma tensão de saída de 12 V e uma corrente de saída de até 8 A. O conversor entra em um estado estável após a conclusão da sequência de partida suave, conforme ilustrado na Fig. 1.

Configuração do dispositivo

Diversas tarefas devem ser concluídas antes de qualquer sequência de inicialização de estado estável:

• Selecione uma configuração de canal adequada, incluindo uma sonda apropriada
• Defina um trigger adequado para registrar a condição de estado estável do conversor
• Ative as funções de medição, incluindo um atraso entre os sinais relevantes com a função de histórico; a definição adequada da porta (gate) também oferece suporte a essa função
• Defina uma taxa de amostragem suficiente maior ou igual a 1 Gsample para medir com precisão a frequência de comutação da modulação por largura de pulso (aprox. 100 kHz) com bordas nítidas
• Definir um comprimento de registro adequado para validar o padrão
• Use um conversor com carga adequada e uma fonte de alimentação CC que forneça energia suficiente

Medição de padrões de comutação

Após a configuração, ligue a fonte de alimentação CC para iniciar a medição. Assim que o trigger detectar uma condição válida (trigger de borda descendente), as formas de onda serão exibidas (veja a Fig. 2). A janela esquerda mostra a tensão e a corrente (CH1, CH2) do transformador (lado primário). Os estados do retificador síncrono (CH3, CH4) no lado secundário é exibido na janela superior direita. Todos os estados de comutação primários (CH5 ao CH8) se encontram na janela inferior direita. Em geral, a teoria do padrão de comutação ilustrada na Fig. 1 corresponde à forma de onda medida na Fig. 2 e o padrão de comutação foi aprovado no teste.

Além da validação de padrões, outros parâmetros devem ser verificados com mais detalhes. A chave síncrona deve ser desligada antes de ligar a fiação primária. A medição dos dead times mínimos ajuda a evitar curtos-circuitos catastróficos no sistema. Duas definições de função de porta permitem que as medições de atraso sejam definidas para validar o dead time mínimo entre todas as chaves relevantes. Os resultados do dead time foram medidos automaticamente e incluíram estatísticas e rendimentos: TSR1 = 264 ns para a chave síncrona SR1 e TSR2 = 328 ns para a chave síncrona SR2.

Outras funções de medição automática para tempos de subida, tempos de descida e outros parâmetros estão disponíveis, mas não foram ativadas na Fig. 2. As medições automatizadas ajudam a validar todos esses parâmetros, juntamente com o padrão geral de comutação para as condições de operação do conversor. As medições variam a tensão de entrada do conversor e a corrente de saída.

Resumo

O osciloscópio da série MXO 5 com oito canais é ideal para verificar padrões de comutação complexos em conversores full-bridge. O osciloscópio permite uma análise mais profunda das formas de onda e está incluído em um processo automatizado de geração de estatísticas. Isso é ótimo para engenheiros que trabalham com o design de conversores complexos e acelera o processo de projeto.