Misurazione del comportamento all’accensione di convertitori risonanti LLC

I convertitori risonanti LLC raggiungono livelli di efficienza molto elevati grazie alla commutazione morbida. Tuttavia, durante la fase di accensione un tale convertitore potrebbe comportarsi diversamente fino a quando il controller abbia raggiunto uno stato stazionario. La misurazione della corrente di spunto e del tempo di accensione assicura che rientrino negli standard e soddisfino la scheda tecnica.

Attività da eseguire

La verifica del comportamento del convertitore di potenza in varie condizioni come le modifiche del carico e l’alimentazione sono attività importanti per assicurare il funzionamento affidabile nell’applicazione reale. Le correnti di spunto e il tempo di accensione sono parametri critici. Se la corrente di spunto supera determinati livelli, i fusibili nella rete di installazione elettrica potrebbero fondersi. Il tempo di accensione è di solito una specifica importante di un convertitore CC/CC.

Soluzione di misura

La durata tipica dell’accensione di un convertitore di potenza può essere piuttosto lunga, spesso diverse centinaia di ms. È richiesto un oscilloscopio con memoria profonda per catturare un intervallo di tempo tanto lungo e continuare ad avere una risoluzione temporale sufficiente per visualizzare in dettaglio il comportamento della commutazione. Gli oscilloscopi R&S®RTM3000, R&S®RTA4000, R&S®RTE1000 e R&S®RTO2000 forniscono fino a 200 Msample o 1 Gsample di memoria di acquisizione. Combinati con la funzionalità di zoom flessibile e le funzioni di misurazione automatica, sono una buona scelta per queste applicazioni. Mentre le frequenze di commutazione di un convertitore risonante LLC sono solo nelle gamma di circa 100 kHz, i tempi di salita/discesa rapida degli interruttori rendono necessarie elevate larghezze di banda di misurazione. Le sonde differenziali ad alta tensione come le sonde R&S®RT-ZHD offrono larghezza di banda fino a 200 MHz, che le rende ideali per questo tipo di applicazione. Offrono anche una gamma di compensazione dell’offset CC particolarmente elevata, indipendente dall’oscilloscopio, che li rende preziosi anche per le misurazioni di tensione di ondulazione del collegamento CC.

Convertitore risonante LLC comprendente la fase PFC e il convertitore effettivo LLC
Convertitore risonante LLC comprendente la fase PFC e il convertitore effettivo LLC
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Configurazione di misura

Un alimentatore da 230 V a 24 V CC, disponibile in commercio, per applicazioni industriali, è utilizzato come dispositivo sotto test (DUT). Il convertitore LLC comprende una fase di correzione del fattore di potenza (PFC) e il convertitore effettivo LLC (vedere figura seguente).

La misurazione è eseguita con un oscilloscopio R&S®RTO2000. I risultati sono mostrati nella figura seguente. Due sonde differenziali R&S®RT-ZHD16 ad alta tensione sono utilizzate per misurare VGS e VDS di Q1 (giallo e verde). La corrente di spunto è misurata con una sonda di corrente R&S®RT-ZC20B, e la tensione di uscita con una sonda passiva R&S®RT-ZP10 (arancione e blu). Un carico elettronico regola la potenza di uscita erogata. Una misurazione di frequenza di VGS rispetto al tempo è mostrata in viola.

Risultati

Risultati

La notevole lunghezza della registrazione consente la valutazione simultanea del comportamento di avvio e la transizione alla modalità di conduzione continua. Durante la fase di avvio (2), il driver del gate si avvia a frequenze più elevate (mostrate con la funzione di tracciatura in viola) per regolare il guadagno del convertitore LLC. Tuttavia, il controller del driver del gate inserisce intervalli, che sono indicati da una frequenza di commutazione prossima a zero. La corrente di spunto (arancione) è controllata dal circuito PFC, mentre la tensione di uscita cresce fino a 24 V (blu) in questa fase (4). Dopo la fase di avvio è raggiunto uno stato stazionario. La frequenza di avvio e la progettazione del circuito di controllo influenzano il tempo necessario al raggiungimento di uno stato stazionario.

In modalità continua (3), che è ottenuta dopo circa 110 ms, la frequenza del circuito di commutazione del polo totem (semiponte) mostra una modulazione di 100 Hz. Ciò indica variazioni del rettificatore primario nel DUT. Durante il consumo della carica accumulata nel condensatore nell’onda emisinusoidale decrescente, una tensione inferiore è offerta al convertitore risonante LLC. Per questo motivo, la frequenza di commutazione deve essere regolata per variare il guadagno del circuito al fine di erogare una tensione CC costante all’uscita del DUT.

Riassunto

L’analisi del comportamento di avvio dei convertitori di potenza richiede oscilloscopi con memoria profonda al fine di catturare le fasi di avvio relativamente lunghe e provare soluzioni per misurazioni sicure ad alte tensioni. La larghezza di banda di misurazione è importante, dal momento che i tempi di commutazione sono spesso molto brevi. Il punto di sonda per VGS del commutatore sul lato elevato è interessato dalla modalità comune. Le sonde differenziali ad alta tensione devono sopprimere questo effetto attraverso un buon rapporto di reiezione della modalità comune (CMRR). Le funzioni di misurazione automatizzate, in combinazione con la funzionalità di traccia, semplificano l’analisi di singoli eventi (come ad esempio l’accensione) e rivelano variazioni “a lungo termine” come la variazione interna di 100 Hz.