Verificación precisa de secuencias de inicio de fuentes de alimentación de polarización auxiliar

Un convertidor de conmutación CA/CC offline no dispone de una alimentación de polarización por separado que suministre corriente al propio circuito integrado de control. En este caso se añaden una bobina primaria auxiliar y componentes discretos para suministrar corriente al circuito de control. La verificación de esta circuitería es esencial y requiere medidas exactas y detalladas del nivel de señal y del tiempo. La secuencia de inicio requiere bastante tiempo, aspecto que debe tenerse en cuenta en la medida y exige un instrumento con suficiente memoria.

El osciloscopio R&S®MXO serie 4
El osciloscopio R&S®MXO serie 4
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Su misión

Los diseños de circuitos de alimentación de polarización para fuentes de alimentación CA/CC offline son críticos dada su influencia en la secuencia de inicio de la fuente de alimentación. Esta secuencia tiene una duración relativamente larga, ya que los condensadores polarizados se cargan con corriente constante muy baja de la fuente de tensión CC pulsada rectificada. Una vez que se ha realizado la precarga de los condensadores y la alimentación de polarización excede el umbral de encendido interno, un controlador puede iniciar las operaciones de conmutación. Una bobina auxiliar suministra la tensión de polarización después de pocos milisegundos. Esta bobina auxiliar mejora la eficiencia del convertidor en la operación normal. Sin embargo, puesto que los condensadores polarizados solamente suministran una corriente limitada después de la carga de corriente constante, puede darse una infratensión antes de que la operación de conmutación pueda suministrar suficiente energía a través de la bobina auxiliar. Las medidas de la tensión de entrada, la tensión de polarización de CC, las señales de modulación por ancho de pulsos (PWM) y la tensión de salida resultan fundamentales para validar funciones del convertidor solapadas. Cualquier anomalía, como señales de estado activadas erróneamente, debe detectarse durante la larga secuencia de inicio cuando está activa la fuente de corriente. Esto resulta difícil y exige una alta frecuencia de muestreo, así como suficiente resolución vertical que abarque varios cientos de milisegundos.

Fig. 1: Secuencia de inicio típica
Fig. 1: Secuencia de inicio típica
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Solución Rohde & Schwarz

El osciloscopio R&S®MXO serie 4 es perfecto para esta tarea, puesto que es capaz de medir detalles con una alta frecuencia de muestreo y ajustes de base de tiempo lentos gracias a la amplia memoria estándar de 400 Mpts.

La resolución vertical de 12 bits del convertidor A/D proporciona un mayor grado de detalle de los niveles de tensión medidos cuando se evalúan los umbrales de encendido/apagado para la tensión de polarización. En combinación con el sistema de disparo digital de alta sensibilidad se pueden capturar eventos de disparo distantes para registrar con precisión un evento de solapamiento crítico cuando el regulador inicia una operación de conmutación después de varios cientos de milisegundos.

La función de zoom se puede utilizar para ver detalles de la elevada frecuencia de muestreo del impulso PWM. La figura 1 muestra una secuencia de inicio típica.

Aplicación

Para medir la secuencia de inicio de la tensión de salida especificada en 20 V se emplea un convertidor CA/CC de 50 W offline basado en un convertidor de transferencia indirecta. Este circuito ofrece una función inteligente de corriente constante para optimizar las secuencias de inicio. Tras completar la larga operación de corriente constante y exceder la tensión umbral de encendido de 16,7 V, el controlador ejecutará la secuencia de arranque suave interna. Una vez que se ha completado la secuencia correctamente, el convertidor pasará a una condición de régimen permanente.

Configuración de dispositivo

Antes de cualquier inicio deben realizarse varias tareas:

  • Debe estar disponible una configuración de canales adecuada y seleccionadas las sondas apropiadas
  • Se debe definir un disparo de ventana para capturar el evento de encendido del controlador
  • Deben estar activadas funciones de medida como un retardo entre la tensión de entrada y de salida
  • Deben seleccionarse varios ajustes de cursor para medir los niveles de señal
  • Se debe definir una frecuencia de muestreo suficientemente alta de ≥ 100 Mmuestras/s para una medida de alta precisión de la frecuencia de conmutación de PWM (aprox. 300 kHz) con flancos pendientes
  • Se debe configurar una longitud de registro suficiente para capturar la secuencia completa
  • Se debe definir una carga adecuada para el convertidor durante la medida de la puesta en marcha junto con una alimentación de CA para el convertidor
Fig. 2: Medida de la secuencia de inicio del convertidor
Fig. 2: Medida de la secuencia de inicio del convertidor
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Medida de la secuencia de inicio

Tras la configuración se debe encender la fuente de CA para iniciar la medida. En cuanto el sistema de disparo detecte el umbral de encendido mínimo para la tensión de polarización se mostrarán las formas de onda en la captura de pantalla (véase la figura 2). En la ventana superior se muestra la secuencia completa e indica el retardo entre la tensión de entrada y de salida (canales 1 y 4). La duración es aquí de 585 ms y se puede ver también el tiempo requerido por la fuente de alimentación antes de pasar a la operación en régimen permanente. Con la función de zoom se pueden comprobar más detalles de la señal. Moviendo el cursor sobre la imagen se visualiza el umbral máximo de encendido para la tensión de polarización (canal 2) que es 17,4 V y la tensión de apagado de 10,6 V. Este nivel excede el valor crítico de la hoja de datos de 10,4 V, lo que garantiza que la tensión de polarización del auxiliar es lo suficientemente rápida.

Fig. 3: Detalles de PWM en régimen permanente del convertidor
Fig. 3: Detalles de PWM en régimen permanente del convertidor
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Los impulsos PWM (canal 3) indican en detalle cómo funciona el controlador. Otra ventana de zoom con los mismos datos de medida señala los impulsos PWM en la región del régimen permanente del convertidor (véase la figura 3). Moviendo el cursor por encima del área se muestra la frecuencia para el régimen permanente. El zoom se puede ajustar para otros puntos importantes en la secuencia.

Esta medida compleja solo es posible con la amplia memoria del R&S®MXO 4. Solamente se han utilizado 80 Mpts de los 400 Mpts de memoria disponible. También es posible la verificación de secuencias de inicio más largas o frecuencias de muestreo más altas.

Resumen

El R&S®MXO 4 es perfecto para verificar secuencias de inicio largas que requieren un análisis con alto grado de detalle para tiempos de registro prolongados. El extraordinario tamaño de la memoria estándar, en combinación con una resolución de 12 bits, permite un análisis con alto grado de detalle de secuencias de inicio críticas.