在電信和服務器領域，全橋拓撲結構的功率轉(zhuǎn)換器因其緊湊、高效和成本敏感的特點而被頻繁使用，這也使得它們變得更加復雜。在構建第一個原型后，所有主要的初級開關（包括同步整流器開關）的開關模式都需要進行驗證。這種復雜的驗證過程要求對開關模式進行精確測量，以防止出現(xiàn)災難性的開關模式。在識別轉(zhuǎn)換器開關過程中出現(xiàn)的意外事件時，專業(yè)知識和合適的測量工具至關重要。

你的任務

在功率轉(zhuǎn)換器設計過程的開始，仿真提供了關于具有同步整流的復雜全橋轉(zhuǎn)換器中開關模式的初步見解。下一步是使用選定的拓撲結構構建第一個原型。驗證初始原型對于確保任何設計決策的正確性以及更好地理解轉(zhuǎn)換器在現(xiàn)實世界中的工作方式至關重要。在繼續(xù)設計過程之前，必須先驗證開關模式?；跀?shù)字控制器的轉(zhuǎn)換器設計使用固件來實現(xiàn)開關模式，因此驗證是必不可少的。全橋轉(zhuǎn)換器具有非常復雜的開關狀態(tài)，使用標準的4通道示波器無法同時測量所有這些狀態(tài)。

當設計人員按順序測量模式時，這些測量結果并不能反映轉(zhuǎn)換器操作的總體實際情況。按順序進行文檔記錄也非常耗時。一種可以同時測量八個通道的儀器將能發(fā)現(xiàn)更多的故障，并有助于加快設計過程。

海洋儀器的解決方案

MXO3與MXO5系列示波器非常適合進行此類測量，因為它擁有八個通道，可以顯示驗證開關模式所需的所有相關信號。

示波器有八個通道和自動功能，可以測量相關通道之間的延遲，提供統(tǒng)計電壓值，并確保開關之間的最小死區(qū)時間。所有柵源電壓細節(jié)都可以被評估，如上升和下降時間、過沖或來自寄生元件的任何不希望的振蕩。

應用

一個100瓦的隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器，采用全橋拓撲結構和同步整流措施，用于轉(zhuǎn)換開關模式。功率級將48伏的輸入電壓逐步降低到12伏的輸出電壓，輸出電流高達8安。如圖1所示，在軟啟動序列完成后，轉(zhuǎn)換器進入穩(wěn)態(tài)。

圖1：全橋轉(zhuǎn)換器的開關模式波形

儀器設置

在穩(wěn)態(tài)啟動序列之前，需要完成若干任務：

選擇合適的通道設置，包括合適的探頭

定義一個合適的觸發(fā)來捕捉轉(zhuǎn)換器穩(wěn)態(tài)條件

激活測量功能，包括使用歷史模式功能的相關信號之間的延遲；適當?shù)拈T定義也支持此功能

定義足夠的采樣率≥ 1 Gsample，以準確測量具有尖銳邊緣的PWM開關頻率（約 100 kHz）

定義適當?shù)挠涗涢L度以驗證模式

使用具有合適負載和足夠直流電源的轉(zhuǎn)換器

測量切換模式

設置完成后，啟動直流電源以開始測量。一旦觸發(fā)檢測到有效條件（下降沿觸發(fā)），波形將會出現(xiàn)（見圖2）。左側(cè)窗口顯示變壓器（初級側(cè)）的電壓和電流（CH1、CH2）。右側(cè)頂部窗口顯示次級側(cè)的同步整流器狀態(tài)（CH3、CH4）。右側(cè)底部窗口顯示所有初級開關狀態(tài)（CH5至CH8）?？傮w而言，圖1所示的開關模式理論與圖2中的測量波形相匹配，且開關模式已通過測試。

圖2：全橋轉(zhuǎn)換器開關模式的實測波形

除了驗證模式外，還應更詳細地檢查其他參數(shù)。在接通主支路之前，必須先關閉同步開關。測量最小死區(qū)時間有助于防止系統(tǒng)中的災難性短路。定義兩個門限區(qū)域，可以定義延遲測量區(qū)域，以驗證所有相關開關之間的最小死區(qū)時間。死區(qū)時間結果已自動測量，并包括統(tǒng)計數(shù)據(jù)和結果：SR1同步開關的TSR1=264納秒，SR2同步開關的TSR2=328納秒。

進一步的自動測量功能可用于上升時間、下降時間和其他參數(shù)，但在圖2中并未激活。自動化測量有助于驗證所有這些參數(shù)以及轉(zhuǎn)換器操作條件下的總體開關模式。測量會改變轉(zhuǎn)換器的輸入電壓和輸出電流。

總結

八通道的MXO3與MXO5系列示波器非常適合驗證全橋轉(zhuǎn)換器中的復雜開關模式。該示波器支持對波形進行更深入的分析，并可融入自動化流程中，生成統(tǒng)計數(shù)據(jù)。這對于從事復雜轉(zhuǎn)換器設計的設計師來說非常有用，能夠顯著加快設計進程。