Mayor confianza en el funcionamiento del convertidor de puente completo durante el proceso de diseño

Su misión

Al inicio del proceso de diseño del convertidor de potencia, las simulaciones proporcionan información inicial acerca del patrón de conmutación en los convertidores de puente completo complejos con rectificación sincrónica. El siguiente paso es construir el primer prototipo con la topología seleccionada. Es esencial validar el prototipo inicial para estar seguro de la decisión de diseño que se ha tomado y entender mejor cómo un convertidor se desempeña en el mundo real. El patrón de conmutación debe validarse antes de continuar con el proceso de diseño. Los diseños de convertidores basados en controladores digitales utilizan software para implementar los patrones de conmutación, por lo que su validación es de carácter obligatorio. Un convertidor de puente completo cuenta con estados complejos de conmutación y es imposible medirlos todos a la vez con un osciloscopio estándar de 4 canales.

Cuando los diseñadores miden los patrones de manera secuencial, estas mediciones no reflejan toda la realidad de las operaciones del convertidor. La documentación secuencial también requiere de mucho tiempo. Un instrumento capaz de medir hasta ocho canales al mismo tiempo revelaría muchas más fallas y aceleraría el proceso de diseño.

Solución de Rohde & Schwarz

El osciloscopio de la serie MXO 5es ideal para este tipo de mediciones ya que cuenta con ocho canales que muestran todas las señales importantes que se necesitan para validar los patrones de conmutación. El osciloscopio cuenta con ocho canales y funciones automatizadas que miden el retardo entre los canales más importantes, proporcionan valores estadísticos y aseguran el tiempo muerto mínimo entre conmutaciones. Pueden evaluarse todos los detalles del voltaje puerta-fuente, como los tiempos de subida y bajada, la sobremodulación o las oscilaciones no deseadas de componentes parasitarios.

Aplicación

Un convertidor de conmutación CC/CC aislado de 100 W con topología de puente completo y rectificación sincrónica mide los patrones de conmutación del convertidor. La etapa de potencia reduce el voltaje de entrada de 48 V a un voltaje de salida de 12 V y a una corriente de salida de hasta 8 A. Una vez que la secuencia de arranque suave se haya completado, el convertidor entra en estado estacionario, como se muestra en la fig. 1.

Configuración de dispositivos

Antes de la secuencia de inicio del estado estacionario deben completarse muchas tareas:

• Seleccionar una configuración de canal adecuada, así como una sonda correcta
• Definir un disparo adecuado para capturar el estado estacionario del convertidor
• Activar las funciones de medición, así como un retardo entre las señales relevantes con la función de historial; esta función también admite la definición adecuada de la puerta
• Definir una velocidad de muestreo suficiente ≥ 1 gigamuestra para medir con precisión la frecuencia PWM de conmutación (aprox. 100 kHz) con bordes nítidos
• Definir una longitud de registro adecuada para validar el patrón
• Utilizar un convertidor con carga adecuada y una fuente de poder de corriente continua

Medición de patrones de conmutación

Después de realizar la configuración, encienda la fuente de poder de corriente continua para iniciar la medición. Apenas el disparo detecte una condición válida (disparo por flanco descendente), aparecerán las formas de onda (véase fig. 2). En la ventana izquierda se muestra el voltaje y la corriente (CH1, CH2) del transformador (lado primario). Los estados del rectificador sincrónico (CH3, CH4) del lado secundario del transformador aparecen en la ventana derecha superior. Todos los estados de conmutación primarios (del CH5 al CH8) se localizan en la ventana inferior derecha. En general, la teoría del patrón de conmutación que se muestra en la fig. 1 coincide con la forma de onda que se midió en la fig. 2 por lo tanto, el patrón de conmutación superó la prueba.

Además de validar los patrones de validación, deben verificarse con más detalle otros parámetros. El conmutador síncrono debe desconectarse antes de conectar la pierna primaria. Medir los tiempos muertos mínimos ayuda a evitar cortocircuitos catastróficos en el sistema. Dos definiciones de función de puerta permiten definir las mediciones de retardo a fin de validar el tiempo muerto mínimo entre todos los conmutadores relevantes. Se midieron los resultados del tiempo muerto de manera automática y se incluyeron estadísticas, así como rendimientos: TSR1 = 264 ns para el conmutador síncrono y TSR2 = 328 ns para el conmutador síncrono SR2.

Existen más funciones de medición automática tanto para los tiempos de subida como de bajada, así como otros parámetros, pero no se activaron en la fig. 2. Las mediciones automáticas junto con el patrón general de conmutación ayudan a validar todos estos parámetros para las condiciones de funcionamiento del convertidor. Las mediciones varían el voltaje de entrada del convertidor y la corriente de salida.

Resumen

El osciloscopio de la serie MXO 5 con ocho canales es ideal para verificar patrones de conmutación complejos en convertidores de puente complejos. El osciloscopio permite un análisis más detallado de las formas de onda, además incluye un proceso automático para la generación de estadísticas. Esto es de mucha ayuda para aquellos diseñadores que trabajan en el diseño de convertidores complejos ya que acelera el proceso de diseño.