LLC共振コンバーターの電源投入時の動作の測定
LLC共振コンバーターは、ソフトスイッチングにより、非常に高い効率レベルを実現します。ただし、電源投入フェーズ中は、こうしたコンバーターは、コントローラーが定常状態に達するまで異なる動作をすることがあります。突入電流と電源投入時間を測定することにより、コンバーターが規格の範囲内で、データシートに適合していることを確認できます。
課題
電力変換装置の動作を負荷変動や電源投入などさまざまな条件下で検証することは、実際のアプリケーションでの動作の信頼性を確保するためには重要な作業です。突入電流と電源投入時間は重要なパラメータです。突入電流が特定のレベルを超えた場合には、電気設備ネットワーク内のヒューズが飛ぶ可能性があります。電源投入時間は一般に、DC/DCコンバーターの重要な仕様です。
電子計測ソリューション
電力変換装置の代表的な電源投入時間は、長めで、通常は数100 msです。このように長期間にわたって捕捉し、さらにスイッチング動作を細かく確認できるだけの時間分解能を得るには、大容量メモリのオシロスコープが必要です。R&S®RTM3000、R&S®RTA4000、R&S®RTE1000、R&S®RTO2000 オシロスコープは、最大200 Mサンプルまたは1 Gサンプルの捕捉メモリを備えています。柔軟なズーム機能と自動測定機能を兼ね備えたこれらのオシロスコープは、これらのアプリケーションに最適です。LLC共振コンバーターのスイッチング周波数はわずか約100 kHzの範囲内ですが、スイッチの立ち上がり／立ち下がり時間が短いので、広い測定帯域幅が必要です。R&S®RT-ZHD プローブなどの高電圧差動プローブは、最大200 MHzの帯域幅を備えているため、この種のアプリケーションに最適です。また、オシロスコープに関係なく、特に広いDCオフセット補正範囲を備えているため、DCリンクのリップル電圧の測定にも有用です。
測定セットアップ
産業用の市販の230 V～24 V DC電源を被試験デバイス（DUT）として使用します。LLCコンバーターは、力率補正（PFC）ステージと実際のLLCコンバーターで構成されます（下図参照）。
測定は、R&S®RTO2000 オシロスコープを使用して行います。測定結果を下図に示します。2本のR&S®RT-ZHD16 高電圧差動プローブを使用して、Q1のVGSとVDSを測定します（黄色と緑色）。突入電流はR&S®RT-ZC20B 電流プローブで、出力電圧はR&S®RT-ZP10 パッシブプローブで測定します（オレンジ色と青色）。電子負荷は供給する出力パワーを調整します。VGSの周波数測定対時間は紫色で示されています。
結果
レコード長が長いので、起動動作と連続実行モードへの移行を同時に評価できます。起動フェーズ中に（2）、LLCコンバーターの利得を調整するために、ゲートドライバーがより高い周波数で始動します（トラッキング機能によって紫色で表示）。ただし、ゲートドライバーのコントローラーがギャップを挿入し、ゼロに近いスイッチング周波数で示されています。突入電流（オレンジ色）はPFC回路によって制御されますが、このフェーズ（4）では出力電圧が24 V（青色）まで増加しています。起動フェーズ後に定常状態に達します。スタート周波数と制御ループのデザインは、定常状態の達成に必要な時間に影響します。
約110 ms後に連続モード（3）になり、トーテムポール（ハーフブリッジ）スイッチング回路の周波数は100 Hz変調します。これは、DUTの1次整流器の変動を示します。減少する半正弦波のコンデンサ・タンク・チャージの消費中は、LLC共振コンバーターに供給される電圧は小さくなります。このため、DUTの出力に一定のDC電圧を供給するためには、スイッチング周波数を調整して回路の利得を変更する必要があります。
まとめ
電力変換装置の起動動作を解析するには、比較的長い起動フェーズを捕捉するための大容量メモリと安全な高電圧測定のためのプロービングソリューションを備えたオシロスコープが必要です。スイッチング時間は通常は非常に短いので、測定帯域幅が重要です。ハイ側スイッチのVGSのプロービングポイントは、コモンモードの影響を受けます。優れたコモンモード除去比（CMRR）を備えた高電圧差動プローブによって、この影響を抑える必要があります。自動測定機能とトラッキング機能を組み合わせて使用することにより、より簡単に単一イベント（電源投入など）を解析したり、100 Hzの内部変動などの「長期」変動を明らかにすることができます。
