Mediciones de voltaje de salida pico a pico en fuentes de alimentación conmutadas
Este artículo fue escrito por Magna-Power Electronics y publicado originalmente en la edición Vol. 1 No. 2 de junio de 2014 de la revista IEEE Power Electronics Magazine.
Las fuentes de alimentación conmutadas utilizan semiconductores de potencia para alternar entre estados de conducción y no conducción. Junto con filtros pasivos, se pueden producir formas de onda de diferentes magnitudes definiendo los períodos de encendido/apagado de los estados de conmutación. La conversión eficiente de energía requiere períodos de conmutación del orden de 25 a 500 ns, que producen transitorios de voltaje no deseados en los terminales de salida de la fuente de alimentación. Los diodos de silicio pueden producir transitorios adicionales durante el período de recuperación inversa de la corriente. Reducir la magnitud de los transitorios de voltaje de conmutación es difícil y depende de la colocación cuidadosa de capacitores de baja impedancia ubicados físicamente en las conexiones de salida de la fuente de alimentación. La medición de estos transitorios requiere una configuración especial para obtener resultados repetibles.
Además de los desafíos de las mediciones diferenciales, el ruido eléctrico de modo común puede complicar aún más el proceso de medición. En fuentes de alimentación con salidas aisladas, la capacitancia parásita interna hace que los terminales de salida varíen en voltaje con respecto a tierra, principalmente a la frecuencia de conmutación. Los capacitores aplicados entre los terminales de salida y tierra ayudan a mitigar estos voltajes, pero al igual que los transitorios de conmutación, son difíciles de controlar.
La medición de transitorios de conmutación con altos voltajes de modo común requiere un osciloscopio y una sonda con un ancho de banda suficiente para medir señales transitorias rápidas con alto rechazo de modo común. En segundo lugar, y más importante, es la técnica para alimentar las señales al osciloscopio. No se pueden utilizar sondas de osciloscopio con cables de tierra convencionales. El área definida por la conexión del clip de tierra a los terminales de salida de la fuente de alimentación forma un bucle susceptible a campos magnéticos parásitos. Los campos magnéticos, producidos por di/dt en las barras de bus de salida y los cables hacia la carga, pueden exagerar enormemente la lectura; las lecturas pueden tener errores de varios órdenes de magnitud.
La Figura 1 muestra el método de medición eléctrica y las fuentes de EMI. La Figura 2 muestra el dispositivo de prueba físico utilizado en Magna-Power Electronics. El dispositivo de prueba utiliza la conexión de tierra en la punta de la sonda, una conexión BNC corta a las barras de bus de salida y un filtro de modo común coaxial integrado en el cable de la sonda. Incluso con los esfuerzos realizados para medir correctamente el voltaje de salida pico a pico, una tarea útil es primero realizar una medición de modo común cortocircuitando la conexión BNC y desconectando un cable de la fuente de alimentación. Cualquier señal errónea resultante se puede minimizar ajustando el filtro de modo común y moviendo físicamente los cables hacia el osciloscopio.
Magna-Power Electronics ha mantenido históricamente la posición de no publicar límites sobre el voltaje de salida pico a pico; en su lugar, especificamos el rizado de voltaje rms de salida. La medición de voltaje de salida pico a pico requiere una configuración difícil de replicar para los clientes.
