Confiance accrue envers le fonctionnement d'un convertisseur en pont intégral au cours du processus de conception

Votre tâche

Au début du processus de conception d'un convertisseur de puissance, des simulations fournissent les informations initiales à propos de la pattern de commutation dans des convertisseurs complexes à pont intégral avec une rectification synchrone. L'étape suivante est la construction du premier prototype avec la topologie sélectionnée. La validation du prototype initial est essentielle afin d'être sûr des décisions de conception et de mieux comprendre comment fonctionne un convertisseur dans le monde réel. La pattern de commutation doit être validée avant de poursuivre le processus de conception. Les conceptions de convertisseur basées sur des contrôleurs numériques utilisent un logiciel pour implémenter les patterns de commutation, rendant la validation obligatoire. Un convertisseur à pont intégral possède des états de commutation très complexes et tous les mesurer à la fois est impossible avec un oscilloscope 4 voies classique.

Lorsque les concepteurs mesurent des patterns séquentiellement, ces mesures ne reflètent pas la réalité de l'ensemble des opérations de conversion. Une documentation séquentielle est également très chronophage. Un instrument qui peut mesurer huit voies à la fois révélera beaucoup plus de résultats et permettra d'accélérer le processus de conception.

Solution Rohde & Schwarz

Les oscilloscopes de la série MXO 5sont idéaux pour de telles mesures car ils possèdent huit voies qui affichent tous les signaux pertinents nécessaires pour valider les patterns de commutation. L'oscilloscope possède huit voies et des fonctions automatiques qui mesurent le délai entre les voies pertinentes, fournissent des valeurs statistiques et garantissent un temps mort minimal entre les commutations. Tous les détails de la tension source peuvent être évalués, comme les temps de montée et descente, les dépassements ou tout autres oscillations indésirables provenant de composants parasites.

Application

Un convertisseur DC / DC isolé 100 W avec une topologie de pont intégral et rectification synchrone mesure des patterns de commutation du convertisseur. L'étage de puissance augmente la tension d'entrée de 48 V jusqu'à la tension de sortie de 12 V et délivre un courant jusqu'à 8 A. Le convertisseur entre dans un état de veille après que la séquence de départ ait été complétée comme illustré en Fig. 1.

Configuration du dispositif

Plusieurs tâches nécessitent d'être complétées avant la séquence de démarrage de l'état de veille :

• Sélectionnez une configuration de voie adaptée incluant une sonde correcte
• Définissez un déclenchement adapté pour capturer la condition d'état de veille du convertisseur
• Activez les fonctions de mesure, incluant un délai entre les signaux pertinents avec la fonction historique; une bonne définition de fenêtre prend en charge également cette fonction
• Définissez un taux d'échantillonnage suffisant ≥ 1 Géchantillons pour mesurer précisément la fréquence de commutation PWM (environ 100 kHz) avec des formes de fronts
• Définissez une bonne longueur d'enregistrement pour valider la pattern
• Utilisez un convertisseur avec une alimentation DC suffisante et une charge adaptée

Mesure de patterns de commutation

Après la configuration, mettez sous tension l'alimentation DC pour lancer la mesure. Dès que le déclenchement détecte une condition valide (déclenchement sur front descendant), les formes d'ondes apparaîtront (voir Fig. 2). La fenêtre de gauche illustre la tension et le courant (CH1, CH2) du transformateur (côté primaire). Les états du rectificateur synchrone (CH3, CH4) sur le côté du secondaire apparaissent dans la fenêtre en haut à droite. Tous les états de commutation primaires (CH5 à CH8 ) sont trouvés dans la fenêtre en bas à droite. En général, la pattern de commutation théoriquement illustrée en Fig. 1 correspond à la forme d'onde mesurée dans la Fig. 2 et la pattern de commutation a passé le test.

En plus des patterns de validation, d'autres paramètres devraient être vérifiés plus en détail. La commutation synchrone doit être désactivée avant la commutation sur la partie primaire. Une mesure avec des temps morts minimum permet d'empêcher des courts-circuits catastrophiques dans le système. Deux définitions de fonctions de fenêtrage permettent de définir des mesures de délais pour la validation du temps mort minimum entre toutes les commutations pertinentes. Les résultats de temps morts sont mesurés automatiquement et intègrent des statistiques et des rendements : TSR1 = 264 ns pour la commutation synchrone SR1 et TSR2 = 328 ns pour la commutation synchrone SR2.

D'autres fonctions de mesures automatiques pour des temps de montée, des temps de descente et d'autres paramètres sont disponibles mais n'étaient pas activées dans la Fig. 2. Des mesures automatisées permettent de valider tous ces paramètres avec la pattern de commutation générale pour les conditions de fonctionnement du convertisseur. Les mesures varient selon la tension d'entrée et le courant de sortie du convertisseur.

Conclusion

Les oscilloscopes de la série MXO 5 avec huit voies sont idéaux pour la vérification de patterns de commutation complexes dans des convertisseurs à pont intégral. L'oscilloscope permet une analyse approfondie des formes d'ondes et est intégré dans un processus automatisé qui génère des statistiques. Cela est pratique pour les concepteurs travaillant sur des conceptions de convertisseurs complexes et accélère le processus de conception.