在電信和服務(wù)器領(lǐng)域，全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功率轉(zhuǎn)換器因其緊湊、高效和成本敏感的特點(diǎn)而被頻繁使用，這也使得它們變得更加復(fù)雜。在構(gòu)建第一個(gè)原型后，所有主要的初級(jí)開關(guān)（包括同步整流器開關(guān)）的開關(guān)模式都需要進(jìn)行驗(yàn)證。這種復(fù)雜的驗(yàn)證過程要求對(duì)開關(guān)模式進(jìn)行精確測(cè)量，以防止出現(xiàn)災(zāi)難性的開關(guān)模式。在識(shí)別轉(zhuǎn)換器開關(guān)過程中出現(xiàn)的意外事件時(shí)，專業(yè)知識(shí)和合適的測(cè)量工具至關(guān)重要。

你的任務(wù)

在功率轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)過程的開始，仿真提供了關(guān)于具有同步整流的復(fù)雜全橋轉(zhuǎn)換器中開關(guān)模式的初步見解。下一步是使用選定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建第一個(gè)原型。驗(yàn)證初始原型對(duì)于確保任何設(shè)計(jì)決策的正確性以及更好地理解轉(zhuǎn)換器在現(xiàn)實(shí)世界中的工作方式至關(guān)重要。在繼續(xù)設(shè)計(jì)過程之前，必須先驗(yàn)證開關(guān)模式?；跀?shù)字控制器的轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)使用固件來實(shí)現(xiàn)開關(guān)模式，因此驗(yàn)證是必不可少的。全橋轉(zhuǎn)換器具有非常復(fù)雜的開關(guān)狀態(tài)，使用標(biāo)準(zhǔn)的4通道示波器無法同時(shí)測(cè)量所有這些狀態(tài)。

當(dāng)設(shè)計(jì)人員按順序測(cè)量模式時(shí)，這些測(cè)量結(jié)果并不能反映轉(zhuǎn)換器操作的總體實(shí)際情況。按順序進(jìn)行文檔記錄也非常耗時(shí)。一種可以同時(shí)測(cè)量八個(gè)通道的儀器將能發(fā)現(xiàn)更多的故障，并有助于加快設(shè)計(jì)過程。

海洋儀器的解決方案

MXO3與MXO5系列示波器非常適合進(jìn)行此類測(cè)量，因?yàn)樗鼡碛邪藗€(gè)通道，可以顯示驗(yàn)證開關(guān)模式所需的所有相關(guān)信號(hào)。

示波器有八個(gè)通道和自動(dòng)功能，可以測(cè)量相關(guān)通道之間的延遲，提供統(tǒng)計(jì)電壓值，并確保開關(guān)之間的最小死區(qū)時(shí)間。所有柵源電壓細(xì)節(jié)都可以被評(píng)估，如上升和下降時(shí)間、過沖或來自寄生元件的任何不希望的振蕩。

應(yīng)用

一個(gè)100瓦的隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器，采用全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和同步整流措施，用于轉(zhuǎn)換開關(guān)模式。功率級(jí)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(dá)8安。如圖1所示，在軟啟動(dòng)序列完成后，轉(zhuǎn)換器進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。

圖1：全橋轉(zhuǎn)換器的開關(guān)模式波形

儀器設(shè)置

在穩(wěn)態(tài)啟動(dòng)序列之前，需要完成若干任務(wù)：

選擇合適的通道設(shè)置，包括合適的探頭

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

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

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

定義適當(dāng)?shù)挠涗涢L(zhǎng)度以驗(yàn)證模式

使用具有合適負(fù)載和足夠直流電源的轉(zhuǎn)換器

測(cè)量切換模式

設(shè)置完成后，啟動(dòng)直流電源以開始測(cè)量。一旦觸發(fā)檢測(cè)到有效條件（下降沿觸發(fā)），波形將會(huì)出現(xiàn)（見圖2）。左側(cè)窗口顯示變壓器（初級(jí)側(cè)）的電壓和電流（CH1、CH2）。右側(cè)頂部窗口顯示次級(jí)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(jí)開關(guān)狀態(tài)（CH5至CH8）?？傮w而言，圖1所示的開關(guān)模式理論與圖2中的測(cè)量波形相匹配，且開關(guān)模式已通過測(cè)試。

圖2：全橋轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式的實(shí)測(cè)波形

除了驗(yàn)證模式外，還應(yīng)更詳細(xì)地檢查其他參數(shù)。在接通主支路之前，必須先關(guān)閉同步開關(guān)。測(cè)量最小死區(qū)時(shí)間有助于防止系統(tǒng)中的災(zāi)難性短路。定義兩個(gè)門限區(qū)域，可以定義延遲測(cè)量區(qū)域，以驗(yàn)證所有相關(guān)開關(guān)之間的最小死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間結(jié)果已自動(dòng)測(cè)量，并包括統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和結(jié)果：SR1同步開關(guān)的TSR1=264納秒，SR2同步開關(guān)的TSR2=328納秒。

進(jìn)一步的自動(dòng)測(cè)量功能可用于上升時(shí)間、下降時(shí)間和其他參數(shù)，但在圖2中并未激活。自動(dòng)化測(cè)量有助于驗(yàn)證所有這些參數(shù)以及轉(zhuǎn)換器操作條件下的總體開關(guān)模式。測(cè)量會(huì)改變轉(zhuǎn)換器的輸入電壓和輸出電流。

總結(jié)

八通道的MXO3與MXO5系列示波器非常適合驗(yàn)證全橋轉(zhuǎn)換器中的復(fù)雜開關(guān)模式。該示波器支持對(duì)波形進(jìn)行更深入的分析，并可融入自動(dòng)化流程中，生成統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。這對(duì)于從事復(fù)雜轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)師來說非常有用，能夠顯著加快設(shè)計(jì)進(jìn)程。