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 5 é 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.