Medidas del comportamiento de encendido de convertidores resonantes LLC

Su tarea

Verificar el comportamiento de un convertidor de potencia en diferentes condiciones, como cambios de carga y encendido, es una tarea importante cuando se trata de asegurar un funcionamiento fiable en condiciones reales. Las extracorrientes de conexión y el tiempo de encendido son parámetros críticos. Si la extracorriente de conexión supera ciertos niveles, los fusibles de la red de instalación eléctrica podrían fundirse. El tiempo de encendido suele ser una especificación importante de un convertidor CC/CC.

Solución de prueba y medición

El tiempo de encendido típico de un convertidor de potencia puede ser muy largo, a menudo de varios 100 ms. Para capturar un intervalo de tiempo tan largo y, aún así, disponer de la suficiente resolución temporal para ver en detalle el comportamiento de conmutación, se requiere un osciloscopio con memoria profunda. Los osciloscopios R&S®RTM3000, R&S®RTA4000, R&S®RTE1000 y R&S®RTO2000 ofrecen hasta 200 Mmuestras o 1 Gmuestra de memoria de adquisición. Combinados con su funcionalidad de zoom flexible y sus funciones de medición automáticas, son una buena opción para estas aplicaciones. Mientras que las frecuencias de conmutación de un convertidor resonante LLC se sitúan aproximadamente en el rango de tan solo 100 kHz, los rápidos tiempos de subida/bajada de los conmutadores hacen que sea necesario un ancho de banda de medición elevado. Las sondas diferenciales de alto voltaje, como las sondas R&S®RT-ZHD, ofrecen un ancho de banda de hasta 200 MHz, por lo que resultan ideales para este tipo de aplicación. También proporcionan un rango de compensación de offset de CC particularmente alto cualquiera que sea el osciloscopio utilizado, lo que las convierte en herramientas muy útiles para realizar mediciones de voltaje de rizado de enlace de CC.

Configuración de medición

Como dispositivo bajo prueba (DUT) se utiliza una fuente de alimentación estándar de 230 V a 24 V CC para aplicaciones industriales. El convertidor LLC consta de una etapa PFC (corrección del factor de potencia) y el convertidor LLC real (véase la figura de abajo).

La medición se realiza con un osciloscopio R&S®RTO2000. Los resultados se muestran en la figura de abajo. Se utilizan dos sondas diferenciales de alto voltaje R&S®RT-ZHD16 para medir los parámetros V_GS y V_DS de Q1 (amarillo y verde). La extracorriente de conexión se mide con una sonda de corriente R&S®RT-ZC20B, y el voltaje de salida con una sonda pasiva R&S®RT-ZP10 (naranja y azul). Una carga electrónica regula la potencia de salida entregada. En color morado aparece representada una medición de frecuencia de V_GS en función del tiempo.

Resultados

La larga longitud de registro permite la evaluación simultánea del comportamiento de encendido y la transición al modo de conducción continua. Durante la fase de encendido (2), el excitador de puerta se inicia a frecuencias más altas (se representa en morado con la función de seguimiento) para regular la ganancia del convertidor LLC. Sin embargo, el controlador del excitador de puerta inserta separaciones, que se indican mediante una frecuencia de conmutación cercana a cero. La extracorriente de conexión (naranja) es controlada por el circuito PFC, mientras que el voltaje de salida aumenta hasta 24 V (azul) en esta fase (4). Tras la fase de encendido se alcanza un estado estable. La frecuencia de inicio y el diseño del bucle de control influyen en el tiempo necesario para alcanzar un estado estable.

En el modo continuo (3), que se alcanza después de aproximadamente 110 ms, la frecuencia del circuito de conmutación tipo tótem (medio puente) muestra una modulación de 100 Hz. Esto indica variaciones del rectificador primario en el dispositivo bajo prueba. Durante el consumo de la carga del tanque de condensadores en la semionda sinusoidal decreciente, se ofrece menos voltaje al convertidor resonante LLC. Por consiguiente, es preciso ajustar la frecuencia de conmutación para variar la ganancia del circuito con el fin de proporcionar un voltaje CC constante a la salida del dispositivo bajo prueba.

Resumen

Para analizar el comportamiento de encendido de los convertidores de potencia, se requieren osciloscopios con memoria profunda capaces de capturar fases de encendido relativamente largas, así como soluciones de sondeo que permitan realizar mediciones seguras con tensiones elevadas. El ancho de banda de medición es importante ya que los tiempos de conmutación suelen ser muy breves. El punto de sondeo para medir la V_GS del conmutador de lado alto se ve afectado por el modo común. Las sondas diferenciales de alto voltaje deben suprimir este efecto mediante un buen factor de rechazo en modo común (CMRR). Las funciones de medición automatizadas en combinación con la función de seguimiento facilitan el análisis de eventos individuales (como el encendido) y revelan variaciones a largo plazo, como la variación interna de 100 Hz.