Misurazioni della tensione di uscita picco-picco negli alimentatori switching
Questo articolo è stato scritto da Magna-Power Electronics ed è apparso originariamente nel Vol. 1 No. 2 Giugno 2014 della IEEE Power Electronics Magazine.
Gli alimentatori switching utilizzano semiconduttori di potenza per commutare tra stati di conduzione e non conduzione. Insieme a filtri passivi, è possibile produrre forme d'onda di diverse ampiezze definendo i periodi on/off degli stati di commutazione. Una conversione di potenza efficiente richiede periodi di commutazione dell'ordine di 25-500 ns, che producono transitori di tensione indesiderati ai terminali di uscita dell'alimentatore. Ulteriori transitori possono essere prodotti dai diodi al silicio durante il periodo di recupero inverso della corrente. Ridurre l'ampiezza dei transitori di tensione di commutazione è difficile e dipende dal posizionamento accurato di condensatori a bassa impedenza fisicamente collocati ai capi delle connessioni di uscita dell'alimentatore. La misurazione di questi transitori richiede un setup speciale per ottenere risultati ripetibili.
Oltre alle difficoltà delle misurazioni differenziali, il rumore elettrico di modo comune può complicare ulteriormente il processo di misurazione. Per gli alimentatori con uscite isolate, la capacità parassita interna causa una variazione della tensione dei terminali di uscita rispetto a massa, principalmente alla frequenza di commutazione. I condensatori applicati tra i terminali di uscita e massa aiutano a mitigare queste tensioni, ma come i transitori di commutazione, sono difficili da gestire.
La misurazione dei transitori di commutazione con elevate tensioni di modo comune richiede un oscilloscopio e una sonda con una larghezza di banda sufficiente per misurare segnali transitori veloci con un'elevata reiezione di modo comune. In secondo luogo, e ancora più importante, è la tecnica per alimentare i segnali all'oscilloscopio. Non è possibile utilizzare sonde per oscilloscopio con cavi di massa convenzionali. L'area definita dalla connessione del cavo di massa ai terminali di uscita dell'alimentatore forma un anello suscettibile ai campi magnetici parassiti. I campi magnetici, prodotti dal di/dt nelle barre di uscita e nei cavi verso il carico, possono esagerare notevolmente la lettura; le letture possono presentare errori di diversi ordini di grandezza.
La Figura 1 mostra il metodo di misurazione elettrica e le sorgenti di EMI. La Figura 2 mostra il dispositivo di prova fisico utilizzato presso Magna-Power Electronics. Il dispositivo di prova utilizza la connessione di massa sulla punta della sonda, una connessione BNC corta alle barre di uscita e un filtro coassiale di modo comune integrato nel cavo della sonda. Anche con gli accorgimenti adottati per misurare correttamente la tensione di uscita picco-picco, un'operazione utile è effettuare prima una misurazione di modo comune cortocircuitando la connessione BNC e rimuovendo un cavo dall'alimentatore. Eventuali segnali erronei risultanti possono essere minimizzati regolando il filtro di modo comune e spostando fisicamente i cavi verso l'oscilloscopio.
Magna-Power Electronics ha storicamente adottato la posizione di non pubblicare limiti sulla tensione di uscita picco-picco; specifichiamo invece il ripple della tensione di uscita rms. La misurazione della tensione di uscita picco-picco richiede un setup difficile da replicare per i clienti.
