Exakte Verifizierung der Anlaufsequenzen von Netzteilen für Hilfs-Bias-Stromversorgungen

Ihre Anforderung

Schaltungsentwürfe von Bias-Stromversorgungen für Offline-AC/DC-Stromversorgungen sind aufgrund ihres Einflusses auf die Anlaufsequenz der Stromversorgung von entscheidender Bedeutung. Diese Sequenz nimmt eine relative lange Zeit in Anspruch, da Bias-Kondensatoren mit einem sehr geringen Konstantstrom von der gleichgerichteten, pulsierenden Gleichspannungsquelle geladen werden. Nachdem die Kondensatoren vorgeladen wurden und die Bias-Spannung den internen Einschaltschwellenwert überschreitet, kann ein Controller mit den Schaltvorgängen beginnen. Eine Hilfswicklung liefert nach wenigen Millisekunden eine Vorspannung. Diese Hilfswicklung verbessert die Wandlereffizienz im Normalbetrieb. Allerdings kann, da die Bias-Kondensatoren nur begrenzt Energie liefern, nachdem das Konstantstromladen abgeschlossen ist, eine Unterspannung auftreten, bevor der Schaltvorgang ausreichend Leistung durch die Hilfswicklung bereitstellen kann. Das Messen von Eingangsspannung, DC-Vorspannung, PWM-Signalen und Ausgangsspannung ist entscheidend, wenn überlappende Wandlerfunktionen validiert werden. Jegliche Anomalien wie nicht korrekt aktivierte Statussignale müssen während der langen Anlaufsequenz detektiert werden, wenn die Stromquelle aktiv ist. Dies ist eine Herausforderung, für die eine hohe Abtastrate und ausreichend vertikale Auflösung über Hunderte von Millisekunden notwendig ist.

Lösung von Rohde & Schwarz

Ein Oszilloskop der Serie R&S®MXO 5 eignet sich ideal für diese Aufgabe. Dank des großen Standardspeichers von 400 MPunkten kann es Details bei einer hohen Abtastrate mit langsamen Zeitbasiseinstellungen messen.

Die vertikale Auflösung des 12-bit-A/D-Wandlers zeigt mehr Details der gemessenen Spannungspegel bei der Evaluierung der Einschalt-/Ausschaltschwellenwerte für die Vorspannung. In Kombination mit dem hochempfindlichen digitalen Trigger lassen sich entfernte Triggerereignisse erfassen, um ein kritisches Überlappungsereignis zu erkennen, wenn der Regler einen Schaltvorgang nach mehreren hundert Millisekunden startet.

Die Zoom-Funktion kann verwendet werden, um Details des PWM-Pulses, die mit der hohen Abtastrate gewonnen wurden, zu betrachten. Abb. 1 zeigt eine typische Anlaufsequenz.

Messen der Anlaufsequenz

Nach dem Einrichten des Messaufbaus muss die AC-Stromquelle eingeschaltet werden, um die Messung zu starten. Sobald der Trigger den minimalen Einschaltschwellenwert für die Vorspannung erkennt, werden die Messkurven angezeigt (siehe Screenshot in Abb. 2). Das obere Fenster zeigt die gesamte Sequenz und die Verzögerung zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung (Kanäle 1 und 4). Die Zeitdauer beträgt in diesem Fall 585 ms. Die Zeit, die die Stromversorgung benötigt, bis sie einen eingeschwungenen Zustand erreicht hat, lässt sich ebenfalls beobachten. Weitere Signaldetails können mit der Zoom-Funktion betrachtet werden. Wenn man den Cursor über die Abbildung bewegt, wird der maximale Einschaltschwellenwert für die Vorspannung (Kanal 2) gezeigt. Dieser beträgt 17,4 V, die Abschaltspannung 10,6 V. Dieser Pegel überschreitet den im Datenblatt angegebenen kritischen Wert von 10,4 V, sodass sichergestellt wird, dass die von der Hilfsstromversorgung bereitgestellte Vorspannung schnell genug anliegt.

Die PWM-Pulse (Kanal 3) zeigen, wie der Controller im Einzelnen arbeitet. Ein weiteres Zoom-Fenster derselben Messdaten hebt die PWM-Pulse im Bereich des eingeschwungenen Zustands des Wandlers hervor (siehe Abb. 3). Bewegt man den Cursor über den Bereich, wird die Frequenz des eingeschwungenen Zustands angezeigt. Der Zoom lässt sich für weitere wichtige Punkte in der Sequenz anpassen.