Verificação precisa de sequências de inicialização de fontes de alimentação para fontes de polarização auxiliares

Um conversor offline de comutação CA/CC não tem uma fonte de alimentação de polarização separada que forneça energia para o circuito de controle integrado. Nesse caso, um enrolamento primário auxiliar e componentes individuais são adicionados para alimentar com energia o circuito de controle. A verificação desse circuito é essencial e requer medições precisas e detalhadas de nível de sinal e tempo. A sequência de inicialização demora muito tempo, isso deve ser considerado ao fazer a medição e requer um instrumento com memória suficiente.

Osciloscópios da série R&S®MXO 5
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Sua tarefa

Projetos de circuito de fontes de alimentação de polarização para fontes de alimentação CA/CC offline são decisivos devido à sua influência na sequência de inicialização da fonte de alimentação. Essa sequência demora um tempo relativamente longo, pois os capacitores de polarização são carregados com corrente constante muito baixa da fonte de tensão CC pulsante retificada. Depois que os capacitores tiverem sido pré-carregados e a fonte de polarização ultrapassar o limite interno de ativação, um controlador pode iniciar operações de comutação. Um enrolamento auxiliar fornece tensão de polarização após alguns milissegundos. Esse enrolamento auxiliar aumenta a eficiência do conversor em operações normais. Entretanto, uma vez que os capacitores de polarização fornecem apenas energia limitada após o carregamento de corrente constante ser concluído, um evento de subtensão pode ocorrer antes de a operação de comutação poder fornecer energia suficiente através do enrolamento auxiliar. A medição da tensão de entrada, da tensão de polarização CC, dos sinais de modulação por largura de pulso (PWM) e da tensão de saída é essencial para validar funções de conversores que se sobrepõem. Quaisquer anomalias, tais como sinais de estado ativados incorretamente, devem ser detectadas na longa sequência de inicialização quando a fonte de corrente estiver ativa. Fazer isso é desafiador, requer uma alta taxa de amostragem e resolução vertical suficiente de mais de centenas de milissegundos.

Fig. 1: Sequência de inicialização típica
Fig. 1: Sequência de inicialização típica
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A solução da Rohde & Schwarz

O osciloscópio da série R&S®MXO 5 é ideal para essa tarefa, pois pode medir os detalhes em uma alta taxa de amostragem com configurações de base de tempo lentas graças à grande memória padrão de 400 Mpts.

A resolução vertical do conversor analógico-digital (ADC) de 12 bits proporciona maiores detalhes de níveis de tensão medidos ao avaliar os limites de ativação/desativação para tensão de polarização. Em combinação com o trigger digital altamente sensível, eventos de trigger distantes podem ser capturados para captar com precisão um evento decisivo em sobreposição mesmo quando o regulador iniciar uma operação de comutação após centenas de milissegundos.

A função de aplicar zoom pode ser usada para visualizar detalhes a partir da alta taxa de amostragem do pulso de modulação por largura de pulso. A fig. 1 mostra uma sequência de inicialização típica.

Aplicação

Um conversor CA/CC offline de 50 W baseado em um conversor flyback é usado para medir a sequência de inicialização da tensão de saída especificada como 20 V. Esse circuito oferece uma função inteligente de corrente constante para otimizar sequências de inicialização. Após concluir a longa operação de corrente constante e ultrapassar a tensão limite para ativação de 16,7 V, o controlador vai executar a sequência interna de partida suave. Quando a sequência for concluída com sucesso, o conversor entra em um estado estacionário.

Configuração do dispositivo

Diversas tarefas devem ser concluídas antes de qualquer inicialização:

  • Uma configuração de canal adequada deve ser implementada e pontas de prova apropriadas devem ser selecionadas
  • Um trigger de janela deve ser definido para capturar o evento de ativação do controlador
  • Funções de medição, tais como um atraso entre tensão de entrada e saída, devem ser ativadas
  • Várias configurações de cursor devem ser selecionadas para medir os níveis de sinais
  • Uma taxa de amostragem suficientemente alta de ≥ 100 MSa/s deve ser definida para a medição altamente precisa da frequência de comutação da modulação por largura de pulso (aprox. 300 kHz) com bordas exatas
  • Um tempo de gravação suficiente deve ser definido para captar a sequência inteira
  • Uma carga adequada deve ser definida para o conversor durante a medição da inicialização juntamente com uma fonte de alimentação CA para o conversor
Fig. 2: Medição da sequência de inicialização do conversor
Fig. 2: Medição da sequência de inicialização do conversor
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Medição da sequência de inicialização

Após organizar a configuração, a fonte de energia CA deve ser comutada ao começar a medição. Assim que o trigger detectar o limite mínimo de ativação para a tensão de polarização, as formas de onda serão exibidas na captura de tela (veja a fig. 2). A janela na parte de cima revela a sequência inteira e mostra o atraso entre tensão de entrada e saída (canais 1 e 4). Nesse caso, a duração é 585 ms e também é possível ver o tempo que a alimentação de energia precisou para entrar na operação em estado estacionário. Mais detalhes sobre o sinal podem ser visualizados com a função de aplicar zoom. Ao mover o cursor sobre a imagem, é possível ver o limite máximo de ativação para a tensão de polarização (canal 2), que é 17,4 V, e a tensão de desativação, 10,6 V. Este nível ultrapassa o valor decisivo de 10,4 V da ficha técnica, assegurando que a alimentação de tensão de polarização auxiliar seja suficientemente.

Fig. 3: Detalhes de modulação por largura de pulso no estado estacionário do conversor
Fig. 3: Detalhes de modulação por largura de pulso no estado estacionário do conversor
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Os pulsos da modulação por largura de pulso (canal 3) ilustram em detalhes como o controlador funciona. Outra janela com a função de aplicar zoom nos mesmos dados de medição destaca os pulsos da modulação por largura de pulso na região do conversor em estado estacionário (veja a fig. 3). Ao mover o cursor sobre a área, é possível visualizar a frequência para o estado estacionário. A função de aplicar zoom pode ser ajustada para outros pontos importantes na sequência.

Essa medição complexa é possível apenas com a memória grande do R&S®MXO 5. Apenas 80 Mpts dos 400 Mpts de memória disponível foram usados. Sequências de inicialização mais longas ou taxas de amostragem mais elevadas também podem ser verificadas.

Resumo

O R&S®MXO 5 é ideal para verificar sequências de inicialização mais longas em que uma análise altamente detalhada é necessária para tempos de aquisição longos. A memória padrão excepcionalmente grande, em combinação com a resolução de 12 bits, pode ser usada para obter uma análise altamente detalhada de sequências de inicialização decisivas.