Recherche d'effets irréguliers au sein de la conception de la boucle de régulation sans compromis

Votre tâche

La conception d'un convertisseur de puissance et sa stabilité doivent être validées dans tous les modes de fonctionnement. Généralement, les contrôleurs PWM proposent plusieurs fonctions, qui peuvent augmenter la complexité et qui nécessitent par conséquent un processus de validation intelligent. Des exemples intègrent un contrôle de boucle d'alimentation préventive et un contrôle de démarrage progressif.

Le contrôle de démarrage progressif est un mode spécifique : lorsque le convertisseur démarre, le rapport cyclique positif est graduellement augmenté pour atteindre en douceur la tension de sortie.

Durant cette période, le rapport cyclique varie d'une très faible quantité à une valeur élevée jusqu'à ce que la tension de sortie atteigne une condition d'état stable. Une fois la séquence terminée, la boucle de rétroaction de régulation standard régule la tension de sortie à la valeur cible. De plus, une boucle de contre-réaction devra être active pour optimiser la régulation de la tension de sortie, tandis que la tension d'entrée change rapidement. Les deux mécanismes de contrôle coexistent, rendant difficile la détection et la localisation d'un fonctionnement inattendu ou instable. Le bruit existe naturellement au sein des conceptions de convertisseur à commutation et peut engendrer une régulation impropre de la boucle. Des boucles soudainement instables peuvent être détectées en déclenchant sur une variation de tension ou, encore mieux, en surveillant la largeur du rapport cyclique positif, car le rapport cyclique est utilisé pour réguler l'alimentation afin de conserver la tension de sortie constante. Une capacité de déclenchement complexe est obligatoire pour détecter tout événement irrégulier au sein d'un tel système de contrôle complexe.

Solution Rohde & Schwarz

L'oscilloscope R&S®MXO 5 est parfait pour cette tâche difficile car il est basé sur une technologie de déclenchement numérique. Le déclenchement numérique fournit un déclenchement sensible de 0,0001/div et une résolution jusqu'à 18 bits en mode haute définition. Puisque deux conditions de déclenchement sont essentielles pour détecter des variations du rapport cyclique positif après que la période de démarrage en douceur soit écoulée, des conditions de déclenchement complexes peuvent également être définies. La Fig. 1 montre les conditions de déclenchement au démarrage d'un convertisseur.

La condition de déclenchement A est utilisée pour détecter la fin de la rampe de démarrage en douceur et est configurée comme la fenêtre de déclenchement, où la tension de sortie doit être dans une gamme définie. Le type de déclenchement pour la condition B doit être la largeur.

La largeur du déclenchement détectera toutes les valeurs en dehors d'une gamme définie pour le rapport cyclique positif. Cela peut facilement se produire en raison d'une mauvaise conception du filtre de contrôle de l'alimentation préventive. Cependant, si le convertisseur possède un état stable, il n'y aura pas de variations significatives du rapport cyclique. Si le rapport cyclique positif dévie de la gamme valide du fait d'événements inattendus, la condition B se déclenchera et l'acquisition sera arrêtée. Cela permet d'isoler cet événement spécifique et l'utilisateur peut découvrir l'origine de cet événement de contrôle irrégulier.

Application

Un convertisseur à commutation DC / DC au sein d'une topologie de pont avec une rectification synchrone est utilisé pour illustrer la fonctionnalité d'un déclenchement complexe. Le convertisseur isolé fonctionne à une fréquence de commutation de 100 kHz et convertit la tension d'entrée de 48 V en une tension de sortie de 12 V. Le courant de sortie est spécifié pour être au maximum à 8 A. Le contrôleur numérique utilisé dans cette application permet à l'utilisateur d'activer, désactiver et modifier le contrôle d'alimentation préventive.

Configuration du dispositif

• Pour configurer un déclenchement complexe :
• Configurez une voie adaptée, incluant la sélection de la bonne sonde
• Activez une séquence de déclenchement et définissez une temporisation de réinitialisation appropriée (voir Fig. 2)
• Définissez un déclenchement A sur le type fenêtre, incluant des niveaux haut et bas, pour capturer la fin du démarrage en douceur au court du démarrage (voir Fig. 3)
• Activez la fonction de mesure du rapport cyclique positif et définissez les niveaux de référence, par exemple 20/50/80 % de la tension
• Définissez le déclenchement B sur le type largeur et réglez la largeur ainsi que le delta de temps (voir Fig. 4)
• Activez la fonction de mesure du rapport cyclique, incluant la fonction de suivi

Mesure de la transition de charge

Après avoir été configuré, le convertisseur démarre et la procédure de démarrage en douceur est exécutée. Dès que le déclenchement détecte un déclenchement valide pour la condition A, l'instrument attend une variation dans la mesure du rapport cyclique. En supposant une charge constante après le démarrage en douceur, l'instrument ne déclenchera pas sur la condition B car le rapport cyclique restera constant.

Afin d'illustrer cette séquence de déclenchement complexe, la fonction d'alimentation préventive a été activée au sein du contrôleur du convertisseur avec une mauvaise conception de filtre numérique. Résultat, l'instrument a également déclenché sur la condition B. La mesure enregistrée est affichée en Fig. 5, où la tension de sortie est mesurée sur la voie 1 et la tension d'entrée mesurée sur la voie 3. La voie 2 montre un signal interne du convertisseur, qui reflète la tension d'entrée du côté secondaire. La voie M2 montre la voie 2 filtrée par un filtre passe-bas. D'autre part, le signal de contrôle PWM (voie 4) et la forme d'onde du suivi du rapport cyclique positif sont affichés dans la fenêtre du bas.

3 ms après que la séquence de démarrage en douceur soit terminée, l'instrument déclenche sur la condition B, car le rapport cyclique montre une étape positive suivie d'une chute négative. Cette variation du rapport cyclique est uniquement présente lorsque l'alimentation préventive est activée. L'étape suivante serait d'optimiser la longueur d'acquisition, ce qui est dorénavant possible du fait de la séquence de déclenchement complexe. Le résultat est présenté à la figure 6.

Dans ce cas, plus de détails deviennent visibles avec une précision accrue, donnant à l'utilisateur une meilleure compréhension du système. Maintenant, l'utilisateur peut commencer le processus et peut trouver la cause très efficacement.

Conclusion

L'oscilloscope R&S®MXO 5 est le choix parfait pour l'identification des événements irréguliers au sein de la boucle de contrôle des convertisseurs de puissance. Sa technologie de déclenchement numérique permet à l'utilisateur de définir des événements de déclenchement complexes afin d'isoler la cause efficacement. D'autre part, la large mémoire permet à l'utilisateur d'ajouter des fonctions supplémentaires,comme le suivi du rapport cyclique, où un taux d'échantillonnage élevé est nécessaire sur de longues périodes d'acquisition. Les capacités de l'instrument sont idéalement adaptées pour la validation et la compréhension du fonctionnement des conceptions de convertisseurs de puissance.