Повышение надежности полномостового преобразователя на этапе проектирования

Измерительная задача

На начальном этапе проектирования силового преобразователя моделирование позволяет получить первые сведения о последовательности переключения в сложных полномостовых преобразователях с синхронным выпрямлением. Следующим этапом становится изготовление первого прототипа с выбранной схемой. Валидация исходного прототипа необходима для того, чтобы проверить правильность всех принятых решений и лучше разобраться в работе преобразователя в реальных условиях. Перед переходом к фактическому проектированию требуется валидация последовательности переключения. Преобразователи на основе цифровых контроллеров имеют программную реализацию последовательностей переключения, поэтому валидация обязательна. Полномостовой преобразователь имеет очень сложные состояния переключения, поэтому одновременное измерение всех этих состояний невозможно с помощью стандартного 4-канального осциллографа.

При поочередном измерении последовательностей результаты измерений не отражают фактическую картину работы преобразователя. Поочередная документация также занимает много времени. Прибор, способный проводить одновременные измерения по восьми каналам, позволяет выявлять больше ошибок и способствует ускорению процесса проектирования.

Решение компании Rohde & Schwarz

Прибор Осциллограф серии MXO 5идеально подходит для таких измерений, поскольку его восемь каналов отображают все сигналы, необходимые для валидации последовательностей переключения. Осциллограф оснащен 8 каналами и автоматическими функциями для измерения задержки между каналами, предоставления статистических данных и обеспечения минимального времени простоя между коммутаторами. На приборе можно анализировать все подробности напряжения смещения, такие как время нарастания и спада, выбросы и любые нежелательные колебания, вызванные паразитными компонентами.

Применение

Преобразователь постоянного тока с гальванической развязкой 100 Вт, полномостовой схемой и синхронным выпрямлением измеряет последовательности переключения преобразователя. Силовой каскад понижает входное напряжение 48 В до выходного напряжения 12 В и выходного тока до 8 А. Преобразователь входит в устойчивое состояние после завершения последовательности плавного запуска, как показано на рисунке 1.

Настройка устройства

Перед запуском с переходом в устойчивое состояние необходимо выполнить ряд задач:

• Выбрать подходящую конфигурацию каналов, включая подходящий пробник.
• Задать схему запуска для регистрации устойчивого состояния преобразователя.
• Активировать измерительные функции, включая задержку между измеряемыми сигналами с архивной функцией; правильное определение строба также поддерживает эту функцию.
• Задать достаточную частоту дискретизации ≥ 1 млрд отсчетов для точного измерения частоты импульсов ШИМ (ок. 100 кГц) с крутыми фронтами.
• Правильно задать длину записи в целях валидации последовательности.
• Использовать преобразователь с подходящей нагрузкой и достаточным источником питания постоянного тока.

Измерение последовательностей переключения

После завершения настройки следует включить источник питания постоянного тока, чтобы начать измерение. Как только схема запуска обнаружит действительное состояние (срабатывание по заднему фронту), на экране появятся осциллограммы (см. рисунок 2). В левом окне отображаются напряжение и ток (каналы 1 и 2) трансформатора (первичная обмотка). В правом верхнем окне отображаются состояния синхронного выпрямителя (каналы 3 и 4) во вторичной обмотке. В правом нижнем окне отображаются все первичные состояния переключения (каналы 5–8). В целом теоретическая последовательность переключения, изображенная на рисунке 1, соответствует измеренным осциллограммам на рисунке 2, поэтому валидация пройдена успешно.

В дополнение к валидации последовательности требуется подробная проверка прочих параметров. Перед включением первичной ветви необходимо выключить синхронный коммутатор. Измерение минимального времени простоя помогает предотвратить критические ошибки системы. С помощью двух определений строба можно задать измерения времени задержки в целях валидации минимального времени простоя между всеми измеряемыми коммутаторами. Автоматически измеренные значения времени простоя включают в себя статистику и эффективность: TSR1 = 264 нс для синхронного коммутатора SR1 и TSR2 = 328 нс для синхронного коммутатора SR2.

Прочие автоматические функции измерения времени нарастания и спада и прочих параметров доступны, однако не были активированы на рисунке 2. Автоматизированные измерения помогают валидировать все эти параметры в соответствии с общей последовательностью переключения для рабочих условий преобразователя. В ходе измерений изменяются входное напряжение и выходной ток преобразователя.

Заключение

8-канальный осциллограф серии MXO 5 идеально подходит для валидации сложных последовательностей переключения в полномостовых преобразователях. Осциллограф обеспечивает подробный анализ осциллограмм и включен в автоматизированный процесс, генерирующий статистические данные. Это не только очень удобно для разработчиков сложных схем преобразователей, но и способствует ускорению процесса проектирования.