Verificación precisa de secuencias de encendido de fuentes de poder para fuentes auxiliares de polarización

Un convertidor de conmutación CA/CC sin conexión no tiene una fuente de polarización separada que proporcione por sí sola energía al circuito integrado de control. Aquí, se añaden al circuito de control una bobina primaria auxiliar y unos componentes discretos para suministrar energía. Verificar estos circuitos es esencial y requiere de mediciones precisas y detalladas del nivel de señal y del tiempo. La secuencia de encendido toma mucho tiempo, lo cual debe tenerse en consideración al realizar la medición. También, requiere de un instrumento con suficiente memoria.

Osciloscopios de la serie R&S®MXO 5
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Su misión

Los diseños de circuitos de fuentes de polarización para fuentes de poder CA/CC sin conexión son cruciales debido a su impacto en la secuencia de encendido de fuentes de poder. Esta secuencia toma un tiempo relativamente largo debido a que los condensadores de polarización se cargan con corriente constante muy baja que proviene de la fuente de voltaje continuo pulsante rectificada. Después de que los condensadores se hayan precargado y la fuente de polarización exceda el umbral de encendido interno, un controlador puede iniciar las operaciones de conmutación. Una bobina auxiliar proporciona el voltaje de polarización después de unos pocos milisegundos. Esta bobina auxiliar mejora la eficiencia del convertidor en operaciones normales. Sin embargo, debido a que el condensador de polarización proporciona solo energía limitada después de completarse la carga de corriente constante, puede ocurrir un evento antes de que la operación de conmutación suministre suficiente energía a través de la bobina auxiliar. La medición del voltaje de entrada, el voltaje de polarización de CC, las señales de modulación de ancho de impulsos, y el voltaje de salida son vitales al momento de validar las funciones superpuestas del convertidor. En el momento que la fuente este activa, cualquier anomalía como las señales de estado activadas de manera incorrecta deben detectarse en la larga secuencia de encendido. Esto supone un desafío y requiere de una frecuencia de muestreo alta, además de suficiente resolución vertical durante cientos de milisegundos.

Fig. 1: secuencia de encendido típica
Fig. 1: secuencia de encendido típica

Fig. 1: secuencia de encendido típica

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Fig. 1: secuencia de encendido típica
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Solución de Rohde & Schwarz

Los osciloscopios de la serie R&S®MXO 5 son ideales para esta tarea debido a que pueden medir detalles a altas frecuencias de muestreo con una configuración de base de tiempo lenta gracias a su amplia memoria estándar de 400 Mpts.

La resolución vertical de 12 bits del CAD proporciona mayor detalle de los niveles de voltaje medidos al momento de evaluar los umbrales de encendido/apagado para el voltaje de polarización. En combinación con el sistema de disparo digital de alta sensibilidad, pueden capturarse eventos de disparo distantes para así capturar de manera precisa una superposición crucial en el momento en que el regulador inicia una operación de conmutación después de cientos de milisegundos.

La función de zoom puede utilizarse para observar detalles de altas frecuencias de muestreo del impulso PWM. La fig. 1 muestra una secuencia de encendido típica.

Aplicación

Se utiliza un convertidor CA/CC sin conexión de 50 W basado en un convertidor de transferencia indirecta para medir la secuencia de encendido del voltaje de salida especificada como 20 V. Este circuito proporciona una función inteligente de corriente constante para optimizar las secuencias de encendido. Después de completar la larga operación de corriente constante y exceder el voltaje de umbral de 16.7 V, el controlador ejecutará la secuencia interna de encendido suave. Cuando la secuencia se haya completado de manera exitosa, el convertidor entrará en una condición de estado estacionario.

Configuración de dispositivos

Muchas tareas necesitan completarse antes de cualquier encendido:

  • Debe disponerse de una configuración adecuada, así como seleccionar las sondas apropiadas
  • Debe definirse un disparo de ventana para capturar el evento de encendido del controlador
  • Deben activarse las funciones de medición, como un retraso entre el voltaje de entrada y de salida
  • Para medir los niveles de señal deben seleccionarse varias configuraciones de cursor
  • Debe definirse una frecuencia de muestreo suficientemente alta de ≥ 100 MSa/s para medir con gran precisión la frecuencia de conmutación de la PWM (aproximadamente 300 kHz) con flancos nítidos
  • Debe definirse una longitud de registro suficiente para capturar toda la secuencia
  • Debe definirse una carga adecuada para el convertidor durante la medición del encendido junto con una fuente de poder de CA para el convertidor
Fig. 2: medición de la secuencia de encendido del convertidor
Fig. 2: medición de la secuencia de encendido del convertidor

Fig. 2: medición de la secuencia de encendido del convertidor

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Fig. 2: medición de la secuencia de encendido del convertidor
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Medición de la secuencia de encendido

Después de definir la configuración debe encenderse la fuente de poder de CA para iniciar la medición. Tan pronto el disparo detecte el umbral mínimo de encendido para el voltaje de polarización, las formas de onda se visualizarán en la captura de pantalla (véase fig. 2). La ventana superior revela toda la secuencia, como también el retraso entre los voltajes de entrada y de salida (canales 1 y 4). La duración aquí es de 585 ms y también puede verse el tiempo que la fuente de poder necesita antes de entrar en estado estacionario. Con la función de zoom pueden verse más detalles de la señal. Al posicionar el cursor sobre la imagen se muestra el umbral de encendido máximo para el voltaje de polarización (canal 2) el cual es de 17.4 V, además del voltaje de apagado de 10.6 V. Este nivel sobrepasa el valor crítico de la ficha técnica de 10.4 V, lo que asegura que la fuente del voltaje de polarización del auxiliar sea lo suficientemente rápida.

Fig. 3: detalles de la PWM en estado estacionario del convertidor
Fig. 3: detalles de la PWM en estado estacionario del convertidor

Fig. 3: detalles de la PWM en estado estacionario del convertidor

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Fig. 3: detalles de la PWM en estado estacionario del convertidor
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Los impulsos PWM (canal 3) ilustran de manera detallada cómo funciona el controlador. Otra ventana de zoom de los mismos datos de medición destaca los impulsos PWM en la región del estado estacionario del convertidor (véase fig. 3). Posicionar el cursor encima del área revela la frecuencia para el estado estacionario. Puede ajustarse el zoom para otros puntos importantes en la secuencia.

Esta compleja medición solo es posible gracias a la amplia memoria del R&S®MXO 5. Solo se utilizaron 80 Mpts de los 400 Mpts de memoria disponibles. También pueden verificarse secuencias de encendido más largas o mayores frecuencias de muestreo.

Resumen

El R&S®MXO 5 es ideal para verificar secuencias de encendido más largas en donde se requiere de un análisis altamente detallado de tiempos de grabación largos. La sobresaliente memoria estándar de gran tamaño en combinación con una resolución de 12 bits puede utilizarse para un análisis altamente detallado de las secuencias de encendido cruciales.

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