使用MXO示波器对全桥转换器的开关模式进行验证测试

在电信和服务器领域，全桥拓扑结构的功率转换器因其紧凑、高效和成本敏感的特点而被频繁使用，这也使得它们变得更加复杂。在构建第一个原型后，所有主要的初级开关（包括同步整流器开关）的开关模式都需要进行验证。这种复杂的验证过程要求对开关模式进行精确测量，以防止出现灾难性的开关模式。在识别转换器开关过程中出现的意外事件时，专业知识和合适的测量工具至关重要。

你的任务

在功率转换器设计过程的开始，仿真提供了关于具有同步整流的复杂全桥转换器中开关模式的初步见解。下一步是使用选定的拓扑结构构建第一个原型。验证初始原型对于确保任何设计决策的正确性以及更好地理解转换器在现实世界中的工作方式至关重要。在继续设计过程之前，必须先验证开关模式。基于数字控制器的转换器设计使用固件来实现开关模式，因此验证是必不可少的。全桥转换器具有非常复杂的开关状态，使用标准的4通道示波器无法同时测量所有这些状态。

当设计人员按顺序测量模式时，这些测量结果并不能反映转换器操作的总体实际情况。按顺序进行文档记录也非常耗时。一种可以同时测量八个通道的仪器将能发现更多的故障，并有助于加快设计过程。

海洋仪器的解决方案

MXO3与MXO5系列示波器非常适合进行此类测量，因为它拥有八个通道，可以显示验证开关模式所需的所有相关信号。

示波器有八个通道和自动功能，可以测量相关通道之间的延迟，提供统计电压值，并确保开关之间的最小死区时间。所有栅源电压细节都可以被评估，如上升和下降时间、过冲或来自寄生元件的任何不希望的振荡。

应用

一个100瓦的隔离式DC/DC转换器，采用全桥拓扑结构和同步整流措施，用于转换开关模式。功率级将48伏的输入电压逐步降低到12伏的输出电压，输出电流高达8安。如图1所示，在软启动序列完成后，转换器进入稳态。

图1：全桥转换器的开关模式波形

仪器设置

在稳态启动序列之前，需要完成若干任务：

选择合适的通道设置，包括合适的探头

定义一个合适的触发来捕捉转换器稳态条件

激活测量功能，包括使用历史模式功能的相关信号之间的延迟；适当的门定义也支持此功能

定义足够的采样率≥ 1 Gsample，以准确测量具有尖锐边缘的PWM开关频率（约 100 kHz）

定义适当的记录长度以验证模式

使用具有合适负载和足够直流电源的转换器

测量切换模式

设置完成后，启动直流电源以开始测量。一旦触发检测到有效条件（下降沿触发），波形将会出现（见图2）。左侧窗口显示变压器（初级侧）的电压和电流（CH1、CH2）。右侧顶部窗口显示次级侧的同步整流器状态（CH3、CH4）。右侧底部窗口显示所有初级开关状态（CH5至CH8）。总体而言，图1所示的开关模式理论与图2中的测量波形相匹配，且开关模式已通过测试。

图2：全桥转换器开关模式的实测波形

除了验证模式外，还应更详细地检查其他参数。在接通主支路之前，必须先关闭同步开关。测量最小死区时间有助于防止系统中的灾难性短路。定义两个门限区域，可以定义延迟测量区域，以验证所有相关开关之间的最小死区时间。死区时间结果已自动测量，并包括统计数据和结果：SR1同步开关的TSR1=264纳秒，SR2同步开关的TSR2=328纳秒。

进一步的自动测量功能可用于上升时间、下降时间和其他参数，但在图2中并未激活。自动化测量有助于验证所有这些参数以及转换器操作条件下的总体开关模式。测量会改变转换器的输入电压和输出电流。

总结

八通道的MXO3与MXO5系列示波器非常适合验证全桥转换器中的复杂开关模式。该示波器支持对波形进行更深入的分析，并可融入自动化流程中，生成统计数据。这对于从事复杂转换器设计的设计师来说非常有用，能够显著加快设计进程。