测量 LLC 谐振变换器的上电行为

LLC 谐振变换器采用软开关技术,因此效率极高。但是,此变换器会在上电阶段展示不同行为特性,直至控制器达到稳定状态。测量浪涌电流和上电时间可确保变换器满足标准,并符合数据表规范。

您的任务

要保障功率变换器在实际应用中操作可靠,需要在不同条件下(例如负载变化和上电阶段)验证变换器的行为特性。其中浪涌电流和上电时间是两项重要参数。如果浪涌电流超过特定值,电子设备网络中的保险丝就会熔断。通常,上电时间是直流/直流变换器的一项重要规格。

测试与测量解决方案

功率变换器的上电时长会比较长,通常长达数百微秒,因此需要使用具有深存储的示波器在长时间间隔中进行捕获,并确保充分的时间分辨率以详细查看开关行为。R&S®RTM3000、R&S®RTA4000、R&S®RTE1000 和 R&S®RTO2000 示波器的存储深度高达 200 Msample 或 1 Gsample。这些示波器还具有灵活的缩放功能和自动测量功能,非常适用于此类应用。LLC 谐振转换器的开关频率仅为 100 kHz 左右,但开关的上升/下降时间较快,因此需要较高的测量带宽。R&S®RT-ZHD 等高压差分探头的带宽高达 200 MHz,非常适合此类应用。这些探头还具有独立于示波器的高直流偏置补偿范围,有益于测量直流链路纹波电压。

LLC 谐振变换器包括 PFC 架构和实际 LLC 变换器
LLC 谐振变换器包括 PFC 架构和实际 LLC 变换器
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测量装置

将用于工业应用的商用 24 V 至 230 V 直流电源用作被测设备 (DUT)。LLC 变换器包括功率因数校正 (PFC) 架构和实际 LLC 变换器(参见下图)。

使用 R&S®RTO2000 示波器进行测量。结果如下图所示。使用两个 R&S®RT-ZHD16 高压差分探头测量 Q1 的 VGS 和 VDS(黄色和绿色)。分别使用 R&S®RT-ZC20B 电流探头和 R&S®RT-ZP10 无源探头测量浪涌电流与输出电压(橘色和蓝色)。电子负载调节输出功率。VGS 随时间变化的频率测量结果显示为紫色。

结果
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结果

长记录长度可确保同时评估启动行为以及过渡到连续导电模式。在启动阶段 (2),门极驱动以较高频率启动(显示为紫色,带跟踪功能),以便调节 LLC 转换器的增益。但是,门极驱动的控制器插入间隙,开关频率接近于零显示出这一点。浪涌电流(橘色)由 PFC 电路控制,在此阶段 (4) 输出电压上升到 24 V(蓝色)。在启动阶段后达到稳定状态。起始频率和控制环路设计会影响达到稳定状态所需的时间。

大约 110 ms 之后达到连续模式 (3),并且图腾柱(半桥)开关电路的频率显示 100 Hz 调制。这表明 DUT 中初级整流器的变化情况。在减少的半正弦波中消耗电容器储槽电能时,会给 LLC 谐振转换器提供较低电压。因此,需要调节开关频率以改变电路增益,从而在 DUT 的输出端提供恒定直流电压。

摘要

分析功率转换器的启动行为需要使用具有深存储的示波器以在较长的启动阶段进行捕获,并使用探测解决方案以便安全地测量高电压。由于开关时间通常较短,因此测量带宽非常重要。高压侧开关的 VGS 探测点会受到共模影响。高压差分探头需要具备良好的共模抑制比 (CMRR),以便抑制此类影响。自动测量功能与跟踪功能相结合,能够更加轻松地分析各个事件(例如上电行为),并揭示“长期”变化情况,例如 100 Hz 的内部变化情况。