Análisis de arranque suave de fuentes de alimentación

La verificación del arranque suave se está convirtiendo en un aspecto muy importante en las fuentes de alimentación conmutadas debido al creciente uso de controladores digitales. Los osciloscopios R&S®RTM3000 y R&S®RTA4000 ofrecen funciones de análisis de seguimiento de modulación de ancho de pulsos (PWM) que son sumamente útiles para verificar y optimizar el arranque suave durante el desarrollo.

Análisis de arranque suave de fuentes de alimentación - RTM3000 y RTA4000

Su misión

Las fuentes de alimentación conmutadas modernas incluyen funciones de arranque suave para limitar la carga en la sección del controlador de potencia y prevenir una sobremodulación cuando la fuente de alimentación pasa al estado estable. En aplicaciones de batería seguidas de un convertidor de fuente conmutada (SMPS), la vida útil de la batería puede verse reducida si el arranque suave no limita la corriente de entrada. La función de arranque suave suele ir incorporada en el circuito integrado del controlador y se puede configurar a través de una serie de componentes externos. En la actualidad, los diseños de fuentes de alimentación más innovadores se basan en circuitos de control digital y el usuario debe desarrollar la función de arranque suave. Por lo tanto, la verificación del arranque suave es un aspecto importante para el diseñador.

Configuración de medida para el seguimiento de modulación de ancho de pulsos
Configuración de medida para el seguimiento de modulación de ancho de pulsos

Solución Rohde & Schwarz

Los osciloscopios R&S®RTM3000 y R&S®RTA4000 ofrecen una función de análisis de PWM para efectuar el seguimiento de la información de ciclo de trabajo medido en el tiempo de arranque de la fuente de alimentación. El diseñador obtiene información detallada acerca de la señal de control del dispositivo conmutado ciclo a ciclo. Con esta función de seguimiento ya no es necesario conectar la etapa de potencia para poder implementar y verificar el algoritmo de arranque suave. De este modo, resulta sumamente sencillo desarrollar y probar la sección de software prácticamente con independencia del diseño de la etapa de potencia. Gracias al seguimiento de la señal de PWM, el usuario puede contar con una mayor fidelidad del algoritmo de arranque suave implementado antes de conectar la etapa de potencia. Este procedimiento puede ayudar a prevenir sobrecargas de los componentes de la etapa de potencia.

Configuración de la medida

Todo lo que se necesita para configurar la medida del arranque suave es una sonda de tensión en el elemento de conmutación de la fuente de alimentación. En un diseño simple de convertidor reductor, la puerta del elemento de conmutación es la opción preferida.

Configuración de dispositivo
Después de conectar la sonda al circuito examinado, es muy sencillo empezar a medir conforme a las siguientes instrucciones:

  • Ajuste el modo de disparo al modo normal y active la adquisición de disparo único
  • Ajuste para el tiempo de adquisición un valor suficiente
  • Ajuste para la escala horizontal un valor suficiente
  • Ajuste el nivel de disparo a un nivel suficiente
  • En el menú Math, active «track pulse width» utilizando la señal de control de PWM
  • Configure el canal 2 para medir la tensión de salida. Esta es solamente una señal de referencia
  • Active la fuente de alimentación conectando la tensión de entrada

Resultado de la medida
El canal 1 muestra la señal de control PWM conectada. El canal Math muestra el ciclo de trabajo de la señal de control. El canal 2 muestra la tensión de salida del convertidor y se mide únicamente para comparar la tensión de salida con la señal matemática.
Es de destacar que el tiempo de subida de la curva de tensión de salida es muy cercana a la temporización del gráfico de seguimiento.
No obstante, la gran ventaja de esta medida de seguimiento es que para cada ciclo de activación y desactivación se visualiza el ciclo de trabajo en la curva de seguimiento. El algoritmo de arranque suave del controlador limita el tiempo de subida del gráfico de ciclo de trabajo. La corriente de salida sigue el gráfico de ciclo de trabajo. Sin embargo, al contrario que en la medida directa de tensión de salida, el usuario puede observar con facilidad todos los ciclos de trabajo individuales generados incorrectamente. En el gráfico de tensión de salida puede resultar difícil observar picos de voltaje transitorios en la pendiente, ya que el filtro de salida puede suprimir incidencias breves.

Resumen

La función de seguimiento de los osciloscopios R&S®RTM3000 y R&S®RTA4000 permite al diseñador verificar el arranque suave del convertidor de la fuente de alimentación durante el proceso de arranque. Proporciona información detallada acerca de la señal de PWM para cada ciclo, lo que facilita la observación de picos de voltaje transitorios u otras anomalías. Si la función de arranque suave está basada en un diseño digital, la función de seguimiento puede servir de ayuda al diseñador durante el proceso de diseño antes de desarrollar la etapa de potencia. El algoritmo en un estado madurado previene así también daños en los elementos de la etapa de potencia.

La función de seguimiento es excelente para visualizar todas las señales moduladas PWM que varían a lo largo del tiempo en diferentes aplicaciones de electrónica de potencia.

Medidas de arranque suave
Medidas de arranque suave