MXO 5 示波器提升全橋式轉換器設計可靠性
- Sonya Chan
- 9月7日
- 讀畢需時 3 分鐘
全通道波形同步捕捉，驗證複雜切換模式
提升全橋式轉換器設計流程中的運作可靠性
全橋式拓撲功率轉換器被廣泛應用於需要兼顧小巧、高效率與成本效益的電信及伺服器設備中，這使得它們的設計更加複雜，在首個原型機建成後，必須驗證所有主要一次側開關，包括：同步整流器開關的切換模式，這項複雜的驗證需要精確量測開關切換模式，以防範災難性的開關切換，為識別轉換器切換過程中可能發生的意外事件，專業知識與合適的量測工具至關重要。
測試任務
在功率轉換器設計流程的初期，模擬提供了複雜全橋式轉換器（含同步整流）切換模式的初步分析，接著是利用選定的拓撲來打造首個原型機；驗證初始原型機 對於確認設計決策、並更好地理解轉換器在實際運作中的功能至關重要；在繼續設計流程之前，必須先驗證其切換模式，採用數位控制器的轉換器設計，其切換模式透過軟體實現，因此驗證是必不可少的，全橋式轉換器的開關狀態極為複雜，使用標準的四通道示波器無法一次量測所有狀態。
當工程師以循序方式量測時，這些量測結果無法反映轉換器運作的整體真實情況，且循序記錄也極為耗時，一台能同時量測八個通道的儀器，將能揭示更多潛在故障，並有助於加速設計流程。
羅德史瓦茲解決方案
MXO 5 系列示波器具備八個通道，可顯示驗證切換模式所需的所有相關訊號，因此是進行此類量測的理想工具，該示波器擁有八個通道與自動化功能，可用於量測相關通道之間的延遲、提供統計數值，並確保開關之間存在最小的死區時間，所有閘極-源極電壓細節，例如：上升時間、下降時間、過衝，或任何由寄生元件引起的不必要振盪，皆可進行評估。
應用
全橋式拓撲與同步整流的 100 W 隔離式 DC/DC 轉換器，可用於量測轉換器的切換模式，該功率級能將 48 V 的輸入電壓降壓至 12 V 的輸出電壓，並提供高達 8 A 的輸出電流，轉換器在完成軟啟動序列後，會進入穩態運作，如圖 1 所示。
裝置設定
在進行穩態啟動序列量測之前，需完成幾項任務：
選擇合適的通道設定，包括適當的探棒
定義合適的觸發條件，以捕捉轉換器穩態
啟動量測功能，包括利用歷史記錄功能量測相關訊號之間的延遲；適當的閘極定義也支援此功能
定義足夠的取樣率（≥ 1 Gsample），以精確量測PWM 開關頻率（約 100 kHz）的陡峭邊緣
定義適當的記錄長度，以驗證模式
使用具備適當負載與足夠直流電源的轉換器
量測切換模式
設定完成後，開啟直流電源以開始量測，一旦觸發器偵測到有效條件（下降邊緣觸發），波形便會出現（如圖 2 所示）；左側視窗顯示變壓器（一次側）的電壓與電流（CH1、CH2），次級側的同步整流器狀態（CH3、CH4）出現在右上角視窗，所有一次側開關狀態（CH5 至 CH8）則位於右下角視窗，總體而言，圖 1 中說明的切換模式理論與圖 2 中量測到的波形相符，且切換模式已通過測試。
除了驗證模式，還應更詳細地檢查其他參數，同步開關必須在一次側開關導通前關閉，量測最小死區時間有助於防止系統發生災難性的短路；透過兩個閘極功能定義，可以設定延遲量測，以驗證所有相關開關之間的最小死區時間；死區時間的量測結果是自動化的，並包含了統計數值與良率：同步開關 SR1 的 TSR1 為 264 ns，同步開關 SR2 的 TSR2 為 328 ns；圖 2 中並未啟動自動量測功能，但仍可進行上升時間、下降時間及其他參數的量測，自動化量測功能有助於驗證這些參數，以及轉換器運作條件下的通用切換模式。此量測可改變轉換器的輸入電壓與輸出電流。
總結
MXO 5 系列八通道示波器是驗證全橋式轉換器複雜切換模式的理想工具，該示波器支援對波形進行更深入的分析，並可整合於自動化流程中以產生統計資料，這對於從事複雜轉換器設計的工程師極具助益，並可加速設計流程。
