Automotive

Расширение охвата испытаний в полумостовых конфигурациях с жестким переключением

В основе преобразователей и инверторов для более высокого уровня мощности обычно лежат полумостовые конфигурации с жестким переключением. Чтобы предотвратить короткое замыкание в таких схемах, необходимо обращать особое внимание на операции переключения. Создание комплексных условий запуска в реальном масштабе времени с использованием осциллографов R&S®RTE и R&S®RTO расширяет охват испытаний и повышает надежность преобразователей и инверторов.

Осциллограф R&S®RTO
Осциллограф R&S®RTO
Открытый Lightbox

Измерительная задача

Жесткое переключение в полумостовых конфигурациях — широко распространенная технология эффективного преобразования мощности, в частности, при ее высоких уровнях. С повышением скоростей переключения (как, например, в устройствах SiC) паразитная связь от узла переключения до затвора оказывает все большее влияние. Ее воздействие может привести к нежелательным глитчам в затворе верхнего плеча и одновременному включению обоих транзисторов полумостового соединения. Такие пробои приводят к повреждению транзисторов. Повышение надежности высокомощных устройств — важный аспект безопасности. Необходимо убедиться в отсутствии критических глитчей в затворе верхнего плеча полумоста.

Решение компании Rohde & Schwarz

Осциллографы R&S®RTO и R&S®RTE оснащены усовершенствованным удобным блоком цифрового запуска. В этом блоке, в отличие от блоков аналогового запуска, используются выборочные значения в трактах сбора данных для принятия решения по событиям запуска в цифровой области. Таким образом устраняются недостатки отдельного тракта аналогового запуска, используемого в традиционных осциллографах.

Преимущества цифрового запуска для идентификации критически важных рабочих точек
Преимущества решения от компании Rohde & Schwarz:

  • Высокая гибкость настройки всех условий запуска A/B/R в режиме реального времени
  • Индивидуальная настройка гистерезиса запуска для оптимизации чувствительности запуска для соответствующего сигнала
  • Высокая чувствительность запуска с полной полосой пропускания для захвата небольших нежелательных глитчей
  • Очень низкие значения джиттера для стабильного запуска

Устанавливая значение запуска для сигнала затвора верхнего плеча равным наибольшему приемлемому значению, пользователи могут легко идентифицировать любое событие переключения, которое нарушает это условие, то есть создает опасность пробоя. Благодаря работе в режиме реального времени ни одно критическое событие не пропускается. Работа с ИУ при различной нагрузке и различных условиях окружающей среды во время проверочных испытаний позволяет идентифицировать критические условия и устранять опасность пробоя.

Измерительная установка

Устранения риска возникновения событий пробоя необходимо одновременно проверять напряжение затвор-исток в переключателях верхнего и нижнего плечей. Пользователи должны быть уверены в отсутствии глитчей в сигналах затвора верхнего плеча, которые превосходят предопределенный уровень напряжения, чтобы таким образом предотвратить случайное включение соответствующего транзистора. Для выполнения этой задачи требуются сложная настройка и очень высокая точность запуска, а также точное определение порога запуска.

Настройка запуска: граничное событие на отрицательном фронте для запуска A
Настройка запуска: граничное событие на отрицательном фронте для запуска A
Открытый Lightbox
Настройка запуска: событие глитча для запуска B
Настройка запуска: событие глитча для запуска B
Открытый Lightbox
Настройка запуска: истечение времени ожидания сброса запуска
Настройка запуска: истечение времени ожидания сброса запуска
Открытый Lightbox

Настройка запуска

После подключения осциллографа к ИУ можно настроить все необходимые параметры запуска через диалоговое окно приложения осциллографа.

  • Выберите последовательность запуска и укажите два события в определенной последовательности
  • Укажите первое событие запуска (A) по отрицательному фронту для захвата спадающего фронта напряжения затвор-исток на переключателе T2. Укажите соответствующий уровень запуска для данного состояния. Это событие запуска может охватывать любое событие отключения переключателя нижнего плеча в непрерывном режиме работы полумоста
  • Укажите следующее событие запуска (B) последовательности для обнаружения глитча на клемме затвор-исток на переключателе T1. Этот запуск выполняется только после возникновения первого события запуска (A). Укажите уровень глитча, полярность и длительность, соответствующие наихудшему состоянию
  • Укажите условие сброса первого события предварительного запуска по истечении определенного времени ожидания в том случае, когда событие глитча не возникает. Максимальное время включения переключателя нижнего плеча определяет время ожидания в настройках запуска
Измерительная установка
Измерительная установка
Открытый Lightbox

Прикладные результаты измерений

Преобразователь постоянного тока мощностью 500 Вот на базе симметричной полумостовой топологии используется для демонстрации автоматической идентификации критических событий временной синхронизации затвора, которые могут приводить к пробою. Испытуемый преобразователь с входным напряжением между 36 В и 72 В генерирует выходное напряжение 3,3 В. Частота переключения равна 400 кГц. В соответствии со спецификацией минимально возможное пороговое напряжение затвора MOSFET составляет 2 В.

Для идентификации запаса прочности можно снизить уровень запуска по глитчу в затворе верхнего плеча, начиная с 2 В, вплоть до возникновения события запуска. При напряжении 1,88 В (в зеленом поле) генерируются события запуска, как показано в результате измерения. Это означает запас прочности на уровне 120 мВ в зависимости от текущего применения. Необходимо решить, достаточен ли он для обеспечения надежности системы преобразования или инвертирования.

В дополнение к функции запуска пользователь получает более подробную информацию о схеме, такую как частоту резонанса (синее поле) между индуктивностью рассеяния трансформатора и выходной емкостью переключателя.

Заключение

Система цифрового запуска в осциллографах R&S®RTO и R&S®RTE предполагает запуск в режиме реального времени. Цифровой запуск обеспечивает высокую точность, очень малый джиттер запуска и высокую чувствительность запуска с полной полосой пропускания. Эти преимущества в сочетании с другими характеристиками, такими как широкий динамический диапазон и интуитивно-понятный пользовательский интерфейс, превращают приборы в высокоэффективные инструменты для отладки и анализа преобразователей с мостовыми конфигурациями.

Результат измерения полумостовой конфигурации
Результат измерения полумостовой конфигурации
Открытый Lightbox
Связанные решения