在设计过程中增强全桥转换器的操作性能

您的任务

在电源转换器的初始设计阶段执行仿真操作，有助于了解具有同步整流功能的复杂全桥转换器的开关模式。然后可以根据选定的拓扑构建原型。这种初始原型需要进行验证，以确定设计决策是否合适，并更好地了解转换器在实际情况中将如何工作。开关模式必须进行验证，才能继续推进下一步设计。基于数字控制器的转换器使用软件实现开关模式，也必须进行验证。全桥转换器的开关状态非常复杂，因此无法使用标准的四通道示波器同时测量所有开关状态。

设计人员依次测量开关模式时，这些测量结果无法反映转换器整体的实际操作性能。此外，依次记录测量结果还非常耗时。使用能够同时测量八个通道的仪器能够检测出更多的故障，有助于加快设计流程。

罗德与施瓦茨解决方案

MXO 5 系列示波器具有八个通道，能够显示验证开关模式所需的所有相关信号，非常适合此类测量任务。这款示波器具有八个通道和自动化功能，能够测量相关通道之间的延迟、提供统计数据，并保证开关之间的最小死区时间。示波器能够评估所有栅-源极电压细节，例如上升和下降时间、过冲或者寄生组件产生的无用振荡。

应用

具有全桥拓扑和同步整流的 100 W 隔离式直流-直流开关电源能够测量电源转换器的开关模式。功率级将 48 V 输入电压逐步降低至 12 V 输出电压和最高 8 A 的输出电流。如图 1 所示，转换器完成软启动序列后，会达到稳态。

设备设置

完成稳态启动序列之前，需要完成若干操作：

• 选择合适的通道设置和正确的探头
• 定义合适的触发以捕获转换器的稳态条件
• 激活测量功能，包括使用历史功能测量相关信号之间的延迟；正确定义门函数同样支持此功能
• 定义至少 1 Gsample 的采样率，以准确测量具有陡峭边沿的 PWM 开关频率（大约为 100 kHz）
• 定义合适的记录长度以验证开关模式
• 使用负载合适且直流电源充足的转换器

测量开关模式

完成设置后，启动直流电源，开始测量。一旦触发检测到有效条件（下降沿触发），将显示波形（见图 2）。左侧窗口显示变压器（一次侧）电压和电流（CH1、CH2）。二次侧的同步整流器状态（CH3、CH4）显示在右上角窗口中。所有一次开关状态（CH5 到 CH8）显示在右下角窗口中。图 1 所示的开关模式理论和图 2 所示的波形测量值大体匹配，开关模式通过测试。

除了验证开关模式之外，还需要详尽查验其他参数。开启一次开关支路之前，必须关闭同步开关。测量最小死区时间有助于防止系统出现严重的短路故障。定义两个门函数有助于定义延迟测量，从而验证所有相关开关之间的最小死区时间。死区时间结果会自动进行测量，并包含统计结果，其中：TSR1 = 264 ns（SR1 同步开关），TSR2 = 328 ns（SR2 同步开关）。

上升时间、下降时间和其他参数也可进行自动测量，但图 2 并未激活这些功能。除了验证转换器在操作条件下的常规开关模式之外，自动测量还可以验证所有这些参数。测量会改变转换器的输入电压和输出电流。

总结

MXO 5 系列示波器具有八个通道，非常适合验证全桥转换器的复杂开关模式。示波器能够更加深入地分析波形，能够自动进行测量并提供统计结果。这有助于设计人员设计复杂的转换器，并加快设计流程。