تحميل اختبار عابر في محولات الطاقة

يمكن أن يكون لمحولات الطاقة سلوك تحميل متطلب. يعد اختبار ثبات المحولات عبر نطاق المواصفات بالكامل جزءًا لا يتجزأ من أي تصميم للمحول. تسلط هذه المقالة الضوء على قياسات الاستجابة العابرة لحمل المحول التي تم إجراؤها باستخدام راسم الذبذبات Rhode & Schwarz R&S®MXO 5.

تحميل اختبار عابر

تعد اختبارات مجال تردد الحلقة المفتوحة إحدى الطرق للتحقق من استقرار المحول. يمكن رسم هوامش الكسب والطور عبر التردد في مخطط Bode ويمكن تحديد المقاييس المهمة مثل التردد المتقاطع. قد يتطلب هذا عادةً معدات متخصصة. الخيار الأبسط هو دراسة المجال الزمني للحلقة المغلقة من خلال تطبيق حمل إشارة كبير على المحول ومراقبة جهد الخرج. يتضمن التحليل المتعمق أيضًا قياس استجابات المحولات الرئيسية الأخرى، مثل استجابة دورة عمل PWM أثناء وبعد هذه الفترة العابرة. يمكن أن يسلط هذا الاختبار الضوء على عدة جوانب لتصميم المحول مثل:

• استقرار الحلقة: على سبيل المثال، من خلال تطبيق انتقال سريع على الحمل، يمكن لأي رنين مفرط أن يشير إلى هامش طور ضعيف ويعطي تقديرًا لعرض النطاق الترددي.
• استقرار إمداد الإدخال: يمكن أن يؤدي التحميل العابر إلى إنشاء رنين على حاجز الإدخال.
• تخطيط اللوحة: يمكن أن تؤدي المعاوقة الطفيلية عند وضع الحمل على مسافة بعيدة عن المحول إلى حدوث رنين وانخفاض في الجهد.
• تعويض المنحدر: في تطبيقات دورة الخدمة العالية يمكن استخدام تعويض المنحدر لتجنب التذبذبات دون التوافقية. يمكن أن تؤدي قيمة المحث غير الصحيحة إلى إنشاء تبديل توافقي فرعي أثناء الحمل العابر، والذي يمكن اكتشافه على أنه دورة عمل غير منتظمة للمحول.

مثال على اختبار محول DC/DC

يمكن أن يكون قياس دورة عمل PWM والقدرة على تتبع التغييرات بمعدلات أخذ عينات عالية وفترة تسجيل طويلة من المتطلبات الأساسية لتسليط الضوء على بعض المشكلات الملخصة أعلاه. يعد النطاق الترددي الكافي والذاكرة الكبيرة ومعدل أخذ العينات المرتفع من بعض المتطلبات الأساسية. يلبي راسم الذبذبات R&S®MXO 5 متطلبات الاختبار هذه. تتضمن بعض ميزاته الرئيسية ما يلي:

• عرض النطاق الترددي من 350 ميجا هرتز إلى 2 جيجا هرتز على نظام 4 قنوات ومن 100 ميجا هرتز إلى 2 جيجا هرتز على إصدار 8 قنوات.
• معدل التحديث> 4.5 مليون شكل موجي/ثانية.
• عمق ذاكرة قياسي يبلغ 500 مليون نقطة/قناة
• معدل عينة يصل إلى 5 Gsamples/s مع ADC 12 بت مخصص للقناة، ووضع HD لتحسين الدقة الرأسية إلى 18 بت.
• مشغل رقمي متقدم مع حساسية قابلة للتعديل تصل إلى 0.0001 div، وارتعاش الزناد <1ps.
• الوقت الأعمى بين عمليات الاستحواذ المتتالية هو < 21 ns ويمكن للنطاق الحفاظ على معدلات الاستحواذ مع تنشيط ما يصل إلى 4 قنوات، دون انقطاع بسبب التصور. يتم تسريع القياسات الأساسية ووظائف الرياضيات من خلال الأجهزة.

تم توضيح مثال لاستخدامه في اختبار الحمل العابر على محول باك كامل الجسر 48/12 فولت DC-DC يعمل بتردد تحويل قدره 100 كيلو هرتز، وأقصى حمل تيار 8 أمبير. يتم تكوين الحمل الإلكتروني لتطبيق خطوة تحميل تتراوح من 20% إلى 80% من تيار الحمل الأقصى. مثال على مولد خطوة الحمل الإلكتروني هو MOSFET الذي يتم تشغيله بواسطة مولد نبض يقوم بتبديل مقاوم الحمل عبر خرجه وإيقافه. يتم تنشيط قياس دورة العمل الإيجابية ويكون طول السجل كافيًا لالتقاط تسلسل خطوات مرتفع ومنخفض. تظهر الأشكال الموجية الملتقطة لهذا الاختبار في الشكل 1.

في هذا الالتقاط، تصور القناة 1 جهد الخرج، والقناة 2 تيار الخرج، والقناة 3 شكل موجة تبديل وحدة التحكم PWM. وتظهر دورة العمل الإيجابية المتعقبة لـ PWM باللون الوردي أيضًا. يُظهر الشكل الموجي العلوي تسلسل الخطوات بالكامل، بينما تُظهر نافذة التكبير/التصغير الموجودة في الأسفل حمل الخطوة المنخفضة والعالية العابرة بمزيد من التفصيل. تُظهر نافذة التكبير/التصغير انخفاض جهد الخرج لفترة تبلغ حوالي 300 ميكروثانية، قبل أن يتعافى إلى حالته الثابتة.

يبلغ انحراف الحالة المستقرة بين الحمل 20% و80% 2.4 مللي فولت فقط. يعتبر انخفاض الجهد نموذجيًا لتفريغ مكثف الإخراج. يمكن أن يؤدي تيار الإخراج العالي إلى خسارة أعلى في محول الإخراج والمقوم. يُظهر شكل موجة المسار أن دورة التشغيل تغيرت من 24% إلى 26% بعد مرور الحمل. يتم تعويض الخسائر الإضافية عند التيار الأعلى بهذا التغيير. يمكن للمصممين استخدام هذه المعلومات لتحسين التصميم والتأكد من أن المحول قوي على النطاق الكامل لمعدلات ومستويات انحدار الحمل العابر.

ظهرت مقالة اختبار التحميل العابر في محولات الطاقة للمرة الأولى على Power Electronics News.