Verificar la eficiencia de convertidores CC/CC

El uso eficiente de la energía es un factor clave en muchas aplicaciones. Para el diseño de un convertidor a menudo se requieren eficiencias superiores al 90 %. Y para optimizar el convertidor son precisas medidas de potencia muy exactas. Los diseñadores necesitan que se cumpla esta condición para poder mejorar la eficiencia de los convertidores durante el proceso de diseño, a fin de desarrollar un convertidor altamente eficiente que pueda enviarse a producción.

Su misión

A menudo, la eficiencia es el factor clave de los convertidores de potencia. Así ocurre, por ejemplo, con los dispositivos del IoT que funcionan con batería para obtener el máximo rendimiento de esta, y ocurre también con convertidores pequeños CC-CC alimentados por una línea de CC. Al mejorar la eficiencia, la batería puede ser más pequeña, lo que significa que se puede reducir el tamaño del convertidor y el coste total del sistema. Así pues, medir la eficiencia de un convertidor durante el proceso de diseño es muy beneficioso. Para medir la eficiencia del convertidor, se debe medir la potencia de entrada y la de salida de forma muy exacta. El diseñador puede seguir un proceso de incremento gradual para ir aumentando la eficiencia del diseño. Dicho proceso consta de varios pasos pequeños en los que el diseñador deberá evaluar la mejora en la eficiencia tras cada modificación del diseño. La evaluación del valor de eficiencia es una tarea difícil porque la mejora de la eficiencia es la suma de varios cambios relativamente pequeños en el diseño. Se debe poder detectar pequeños cambios en las medidas de potencia durante el proceso de mejora de la eficiencia del convertidor. Algo fundamental será disponer de un equipo de máxima precisión para realizar las medidas de potencia.

Solución Rohde & Schwarz

Las fuentes de alimentación R&S®NGM202 y R&S®NGL202 son perfectas para poner a prueba aplicaciones de convertidores de potencia. Su diseño de dos cuadrantes hace que puedan funcionar como fuente y sumidero para ofrecer una flexibilidad máxima. La medida de lectura de comprobación de alta precisión para tensiones y corrientes en la entrada y salida ofrece al diseñador una solución muy simple en la que solo se requiere un dispositivo que mida la eficiencia. No hay necesidad de una fuente de alimentación de corriente continua, multímetros digitales adicionales ni carga electrónica, ya que las fuentes de alimentación R&S®NGM202 y R&S®NGL202 realizan todas las funciones en un solo instrumento.

La configuración consiste en la R&S®NGM202/R&S®NGL202 y el dispositivo bajo prueba conectado a los dos canales. Las conexiones de teledetección opcionales aumentan la precisión a más intensidad de las corrientes

Configuración de dispositivo

El canal 1 está configurado para que funcione como fuente de tensión constante, que alimenta al convertidor con la tensión y la corriente requeridas. El canal 2 está configurado para que funcione como carga en modo de corriente constante para cargar el convertidor con una corriente de trabajo válida basada en la especificación del convertidor. La tensión y la corriente a la entrada y la salida se miden internamente, por lo que las potencias de entrada y salida pueden calcularse y mostrarse en pantalla.

Secuencia de configuración del dispositivo

• Activar el canal 1 como fuente, y el canal 2, como sumidero
• Ajustar el nivel de tensión de la fuente de tensión y establecer un nivel razonable de protección contra sobrecorriente (20 % por encima de la corriente máxima de entrada del dispositivo)
• Ajustar la corriente de salida deseada para cargar el dispositivo bajo prueba. En caso de convertidores que proporcionan un pequeño nivel de protección sensible contra corriente, el usuario también deberá ajustar convenientemente la tensión de salida para asegurarse de que el dispositivo no sea cargado por la capacidad eléctrica interna de la fuente de alimentación R&S®NGM202/R&S®NGL202 durante la fase de arranque del convertidor. Una tensión ligeramente menor que la tensión final de salida del dispositivo evitará cualquier activación de la detección de sobrecorriente de este. Como regla general se puede ajustar una tensión un 10 % menor que la tensión de salida mínima del dispositivo
• Conecte la salida para activar los canales

Caso práctico: medidas de eficiencia en un convertidor reductor CC-CC de 5 W

Las medidas de eficiencia con condiciones de carga diferentes que se muestran en la tabla de arriba indican que el convertidor ya es un convertidor de eficiencia optimizada. Las fichas técnicas del fabricante de convertidores CC-CC suelen indicar solo las especificaciones para el cableado ideal. Las R&S®NGM202/R&S®NGL202 permite determinar la eficiencia de sus circuitos y trazados individuales. Estos valores pueden diferir ampliamente de los valores especificados en la ficha técnica.

Por lo tanto, además de seguir el proceso de optimización mencionado para mejorar la eficiencia, el diseñador deberá realizar múltiples medidas para validar la eficiencia en todas las circunstancias. Este trabajo puede reducirse en gran medida usando la función de control remoto de las R&S®NGM202/R&S®NGL202. Por ejemplo, es posible hacer rastreos automáticos de la eficiencia con un script externo y un software. Esta solución automática le ahorra mucho tiempo al diseñador a la vez que evita los errores humanos que suelen producirse en procesos ejecutados a mano

Resumen

Las fuentes de alimentación R&S®NGM202 y R&S®NGL202 ofrecen a los diseñadores un alto grado de funcionalidad y rendimiento para evaluar y optimizar la importante eficiencia del convertidor CC-CC con un solo instrumento. Esta capacidad de medida ampliada les ayudará a desarrollar un diseño muy eficiente del producto. También puede reducir el tiempo y el trabajo durante la fase de desarrollo.