Analisi dell’avviamento dolce negli alimentatori

Attività da eseguire

I moderni alimentatori a commutazione offrono la funzionalità di avviamento dolce (soft start) per limitare lo stress sulla sezione del driver di potenza e prevenire overshoot eccessivi delle tensione d'uscita quando l’alimentatore entra nella condizione di stato stazionario. Nelle applicazioni con circuito di alimentazione a batteria seguito da un alimentatore a commutazione (SMPS), la durata della batteria può essere ridotta se l’avviamento dolce non limita la corrente di ingresso. La funzionalità di avviamento dolce è di solito fornita nel circuito integrato del controller e può essere configurata tramite diversi componenti esterni. Attualmente, molti alimentatori innovativi utilizzano dei circuiti di controllo digitali e il progettista deve sviluppare la funzione di avviamento dolce. Ciò rende la verifica della funzionalità di avviamento dolce un fattore molto importante per il progettista.

Soluzione Rohde & Schwarz

Gli oscilloscopi R&S®RTM3000 e R&S®RTA4000 offrono una funzionalità di analisi della traccia dei segnali PWM per misurare il duty cycle durante la fase di avviamento dell'alimentatore. Il progettista ottiene informazioni dettagliate sul segnale di controllo del dispositivo a commutazione, ciclo per ciclo. Con questa funzione traccia, non è necessario collegare lo stadio di potenza per verificare il comportamento dell’algoritmo di avviamento dolce. Ciò rende molto facile sviluppare e collaudare la sezione software in modo praticamente indipendente dalla progettazione dello stadio di potenza dell'alimentatore. La traccia del segnale PWM offre, inoltre, all’utente maggiore fiducia nell’algoritmo di avviamento dolce implementato prima di connettere lo stadio di potenza dell'alimentatore. Questo metodo può contribuire a prevenire uno stress eccessivo dei componenti dello stadio di potenza.

Configurazione di misura

Tutto ciò che serve per impostare la misura dell'avviamento dolce è una sonda di tensione collegata all’elemento di commutazione dell’alimentatore. In un semplice alimentatore di tipo buck, il gate del dispositivo di commutazione è la scelta preferita.

Impostazione del dispositivo
Dopo aver connesso la sonda al circuito in esame, la misura può essere avviata in base alle seguenti istruzioni:

• Impostare la modalità di trigger su normale e attivare l’acquisizione a trigger singolo
• Impostare il tempo di acquisizione a un valore sufficiente
• Impostare la scala orizzontale a un valore sufficiente
• Impostare il livello di trigger a un livello sufficiente
• Nel menu Math, attivare “track pulse width” (traccia la larghezza dell'impulso) con l’utilizzo del segnale di controllo PWM
• Configurare il canale 2 per misurare la tensione di uscita. Questo è solo un segnale di riferimento
• Avviare l’alimentatore attivando la tensione di ingresso

Risultato della misura
Il canale 1 visualizza il segnale di controllo del PWM connesso. Il canale Math mostra il duty cycle del segnale di controllo. Il canale 2 visualizza la tensione di uscita del convertitore ed è misurato solo per confrontare la tensione di uscita con il segnale definito matematicamente.
Si nota come il tempo di salita della curva di tensione di uscita sia molto vicino alla temporizzazione del grafico delle traccia.
Tuttavia, il grande vantaggio di questa misura delle traccia è che, per ciascun ciclo di accensione/spegnimento, il duty cycle è visibile nella curva delle traccia. L’algoritmo di avviamento dolce nel controller limita il tempo di salita del grafico del duty cycle. La corrente di uscita segue il grafico del duty cycle. Ma a differenza della misura di tensione di uscita diretta, l’utente è in grado di osservare facilmente qualsiasi eventuale singolo duty cycle generato in modo erroneo. Nel grafico della tensione di uscita potrebbe essere difficile osservare qualsiasi picco nella pendenza, in quanto il filtro di uscita potrebbe sopprimere eventi brevi.

Riassunto

La funzionalità di tracciatura degli oscilloscopi R&S®RTM3000 e R&S®RTA4000 è un’eccellente funzionalità che consente al progettista di verificare l'avviamento dolce del convertitore di alimentazione durante il processo di avvio. Ciò fornisce informazioni sul segnale PWM per ciascun ciclo, rendendo molto facile osservare eventuali picchi o altre anomalie. Quando la funzionalità di avviamento dolce è basata su un progetto digitale, la funzione di tracciatura può aiutare il progettista durante la fase di messa a punto prima di avviare lo sviluppo dello stadio di potenza. Un algoritmo maturo e collaudato previene anche eventuali danni ai dispositivi dello stadio di potenza.

La funzionalità di tracciatura è una funzione eccellente per visualizzare qualsiasi segnale PWM modulato variabile nel tempo in diverse applicazioni elettroniche di potenza.