Verifica accurata delle sequenze di avvio degli alimentazioni ausiliari per la polarizzazione

Un convertitore di commutazione AD/DC offline non ha alcuna alimentazione di polarizzazione (bias) separata che fornisca l'alimentazione al circuito integrato di controllo stesso. Qui vengono aggiunti un avvolgimento primario ausiliario e componenti discreti per alimentare il circuito di controllo. La verifica di questi circuiti è essenziale e richiede misure accurate e dettagliate del livello del segnale e della temporizzazione. La sequenza di avvio richiede molto tempo, un aspetto che deve essere tenuto in considerazione per effettuare correttamente la misura e che richiede uno strumento con una capacità di memoria sufficiente.

Oscilloscopio serie R&S®MXO 5

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Oscilloscopio serie R&S®MXO 5

Attività da eseguire

I progetti dei circuiti di alimentazione per la polarizzazione presenti negli alimentatori AC/DC offline sono critici, a causa del loro impatto sulla sequenza di avvio dell'alimentatore. Questa sequenza richiede un arco di tempo relativamente lungo, perché i condensatori di polarizzazione vengono caricati con una corrente costante molto bassa dalla sorgente di tensione continua pulsante rettificata. Dopo che i condensatori sono stati precaricati e l'alimentazione di polarizzazione supera la soglia di accensione interna, un controllore può avviare le attività di commutazione. Un avvolgimento ausiliario fornisce la tensione di polarizzazione dopo alcuni millisecondi. Questo avvolgimento ausiliario migliora l'efficienza del convertitore nel funzionamento normale. Tuttavia, poiché i condensatori di polarizzazione forniscono solo un'energia limitata al termine della carica a corrente costante, è possibile che si verifichi un evento di sottotensione prima che l'operazione di commutazione possa fornire energia sufficiente attraverso l'avvolgimento ausiliario. La misura della tensione di ingresso, della tensione di polarizzazione DC, dei segnali PWM e della tensione di uscita è fondamentale per validare le funzioni dei convertitori sovrapposti. Eventuali anomalie, come ad esempio segnali di stato attivati in modo errato, devono essere rilevate nella lunga sequenza di avvio quando la sorgente di corrente è attiva. Si tratta di un'operazione impegnativa che richiede un'elevata frequenza di campionamento e una risoluzione verticale sufficiente per centinaia di millisecondi.

Fig. 1: Sequenza tipica di avvio

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Fig. 1: Sequenza tipica di avvio

Soluzione Rohde & Schwarz

Un oscilloscopio della famiglia R&S®MXO 5 è lo strumento ideale per svolgere questo compito, perché può misurare dettagli ad alta frequenza di campionamento anche con impostazioni lente della base tempi, grazie all'ampia memoria standard di 400 Mpoints.

La risoluzione verticale del convertitore analogico/digitale a 12 bit fornisce un maggiore dettaglio dei livelli di tensione misurati quando si valutano le soglie di accensione/spegnimento della tensione di polarizzazione. In combinazione con il trigger digitale altamente sensibile, è possibile catturare eventi di trigger distanti per cogliere con precisione un evento critico di sovrapposizione quando il regolatore avvia un'operazione di commutazione dopo alcune centinaia di millisecondi.

La funzione zoom può essere utilizzata per visualizzare i dettagli catturati con un'elevata frequenza di campionamento dell'impulso PWM. La Fig. 1 mostra una sequenza tipica di avvio.

Applicazione

Un convertitore AD/DC offline da 50 W basato su un convertitore flyback viene utilizzato per misurare la sequenza di avvio della tensione di uscita specificata a 20 V. Questo circuito offre una funzione intelligente di corrente costante per ottimizzare le sequenze di avvio. Dopo aver completato il lungo funzionamento a corrente costante e aver superato la tensione di soglia di accensione di 16,7 V, il controllore esegue la sequenza interna di avviamento dolce. Quando la sequenza viene completata con successo, il convertitore entra in una condizione di stato stazionario.

Impostazione dello strumento

Prima di ogni avvio è necessario completare diverse operazioni:

È necessario configurare adeguatamente il canale e selezionare le sonde appropriate
È necessario definire una finestra di trigger per catturare l'evento di accensione del controllore
Devono essere attivate le funzioni di misura, come il ritardo tra la tensione di ingresso e quella di uscita
Per misurare i livelli del segnale è necessario selezionare diverse impostazioni del cursore
Per una misura accurata della frequenza di commutazione PWM (circa 300 kHz) con fronti netti, è necessario definire una frequenza di campionamento sufficientemente elevata, ≥ 100 Msample/s
È necessario impostare una lunghezza di registrazione sufficiente a catturare l'intera sequenza
Durante la misura di avvio è necessario definire un carico adeguato per il convertitore e un'alimentazione in corrente alternata per il convertitore

Fig. 2: Misura della sequenza di avvio del convertitore

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Fig. 2: Misura della sequenza di avvio del convertitore

Misura della sequenza di avvio

Dopo aver predisposto la configurazione, è necessario accendere la sorgente di alimentazione AC per avviare la misura. Non appena il trigger rileva la soglia minima di accensione per la tensione di polarizzazione, le forme d'onda saranno visualizzate nella schermata (ved. Fig. 2). La finestra superiore rivela l'intera sequenza e mostra il ritardo tra la tensione di ingresso e quella di uscita (canali 1 e 4). La durata è di 585 ms e si può notare anche il tempo necessario all'alimentatore per entrare in stato stazionario. Con la funzione zoom è possibile vedere più dettagli del segnale. Spostando il cursore sull'immagine si scopre la soglia massima di accensione per la tensione di polarizzazione (canale 2), pari a 17,4 V, e la tensione di spegnimento, pari a 10,6 V. Questo livello supera il valore critico di 10,4 V indicato nella scheda tecnica, assicurando che la tensione di polarizzazione fornita dall'alimentatore ausiliario sia sufficientemente veloce.

Fig. 3: Dettagli PWM in stato stazionario del convertitore

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Fig. 3: Dettagli PWM in stato stazionario del convertitore

Gli impulsi PWM (canale 3) illustrano in dettaglio il funzionamento del controllore. Un'altra finestra di zoom degli stessi dati di misura evidenzia gli impulsi PWM nella regione di stato stazionario del convertitore (ved. Fig. 3). Spostando il cursore sull'area, si può visualizzare la frequenza per lo stato stazionario. Lo zoom può essere regolato per altri punti importanti della sequenza.

Questa misura complessa è possibile solo con la grande memoria dell'oscilloscopio R&S®MXO 5. Sono stati utilizzati solo 80 Mpoints dei 400 Mpoints di memoria disponibile. È possibile verificare anche sequenze di avvio più lunghe o utilizzare frequenze di campionamento più elevate.

Riassunto

L'oscilloscopio R&S®MXO 5 è ideale per la verifica di sequenze di avvio più lunghe, dove è richiesta un'analisi estremamente dettagliata per lunghi tempi di registrazione. L'eccezionale memoria standard di grandi dimensioni, in combinazione con la risoluzione a 12 bit, può essere utilizzata per un'analisi estremamente dettagliata delle sequenze di avvio critiche.

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Accurate verification of power supply startup sequences for auxiliary bias supplies - Application Card