Resumen: Los osciloscopios digitales son la norma en la mayoría de los laboratorios de ingeniería, pero lo más probable es que usted no ha explorado a fondo sus características. Entre las características más interesantes de un osciloscopio digital es la "matemática" del canal, que puede ser aplicado en nuevas formas de simplificar y ampliar el análisis de los hot-swap y circuitos de conmutación de carga. Esta nota de aplicación muestra cómo conectar las sondas del osciloscopio a un circuito de intercambio en caliente para obtener valores exactos para la disipación de potencia MOSFET y capacidad de carga. El MAX5976 hot-swap solución sirve como dispositivo de ejemplo.
Una versión similar de este artículo apareció en el 01 de octubre 2011 tema de Test y Medida Mundial de la revista.
Introducción
Entre las características más interesantes de un osciloscopio digital es la "matemática" del canal, que puede ser aplicado en nuevas formas de simplificar y ampliar el análisis de los hot-swap y circuitos de conmutación de carga.Con un uso inteligente, funciones de osciloscopio matemáticas permiten el cálculo de capacidad de carga o revelar la disipación de la energía transitoria en un MOSFET durante el arranque o parada . Las funciones matemáticas pueden dar detallada información del mundo real sobre los parámetros del circuito de intercambio en caliente que estén sujetas a las aproximaciones y estimaciones. Esta información es muy valiosa, tanto para el diseño y solución de problemas de hot-swap y circuitos de conmutación de carga.
Esta nota de aplicación muestra cómo conectar las sondas del osciloscopio a un circuito de intercambio en caliente para obtener valores exactos para la disipación de potencia MOSFET y capacidad de carga.
Osciloscopio de configuración
Por razones de simplicidad en esta demostración, se optó por la MAX5976 hot-swap solución, que combina un MOSFET de conmutación interna elemento con el sensor de corriente y los circuitos del controlador necesario para implementar un completo poder de conmutación de circuitos. (El siguiente método de prueba también se aplica a los circuitos de control hot-swap construido a partir de componentes discretos.) Mediante la conexión de las sondas del osciloscopio al circuito de intercambio en caliente, como se muestra en la Figura 1 , el osciloscopio puede acceder a las señales necesarias para los cálculos. Tensión de las sondas conectadas a la de entrada y de salida proporcionan la caída de voltaje a través de la IC, una sonda de corriente ofrece la manera más fácil de detectar la corriente de carga a través del MOSFET.
Figura 1. Sondas de osciloscopio conectar con el MAX5976 y MAX5978 circuitos de intercambio en caliente. Estas conexiones osciloscopio obtener formas de onda que se alimentan de la función del ámbito de las matemáticas avanzadas.
Tenga en cuenta que las conexiones básicas se aplican para un no integrados hot-swap circuito. Conecte la entrada y salida de las sondas de tensión, antes y después del MOSFET (interna a un MAX5976, MAX5978 externa a una), y coloque la sonda de corriente en serie con el actual sentido la resistencia del circuito. Para obtener una medida exacta de la corriente que fluye a través del interruptor del elemento en sí, debe colocar la sonda de corriente después de la capacitancia de derivación de entrada y antes de que la capacidad de salida.
MOSFET Potencia de disipación
Disipación de potencia en el elemento de conmutación (por lo general un canal n MOSFET) es el producto de la tensión de drenaje a la fuente (V DS ) y la fuga de corriente (I D ). En nuestro sistema de prueba, V DS es la diferencia entre el canal 2 y canal 1, y D se mide directamente con el sondeo actual. El osciloscopio utilizado en este ejemplo (a Tektronix DPO3034 ®) tiene una huella de matemáticas que se configura a través de un menú de matemáticas avanzadas ( Figura 2 ).
Figura 2. Este menú le permite editar las expresiones matemáticas de la función matemática avanzada de un osciloscopio DPO3034 digital.
Para medir la potencia disipada en el MOSFET, entra una expresión que resta canal 1 del canal 2. Multiplique el resultado por la señal de corriente de la sonda. Cuando el circuito hot-swap está activada, su voltaje de salida se eleva hacia el potencial de entrada a una rapidez de respuesta en particular dV / dt. La carga-capacidad de carga de corriente (I D ) fluye a través de la IC en función de:
I D = C A PARTIR × dV / dt
La captura de este evento de inicio en el osciloscopio los rendimientos de las formas de onda de la figura 3a , por lo que la capacitancia de salida es 360μF y V IN = 12V. El MAX5976 límites de corriente de entrada a 2A. Tenga en cuenta que la forma de onda de energía es una rampa de descenso, a partir de 12V x 2A = 24W y la caída de 0W como la salida se eleva a 12V. Ese comportamiento es exactamente lo que esperamos de un circuito de intercambio en caliente la carga de la capacidad de carga con una corriente constante.
Figura 3a. La disipación de potencia MOSFET para el circuito de la figura 1 se muestra (en rojo traza) para C SALIDA= 360μF. Corriente de entrada se fija a 2A.
Formas de onda de energía registrado en esta forma se puede utilizar para determinar si el MOSFET se encuentra dentro de su área de operación segura (SOA), o para estimar el aumento de su unión temperatura al referirse a los gráficos correspondientes en la hoja de datos de IC. Determinar la forma de onda directamente de las medidas reales se elimina el error inherente a la aproximación de la disipación de potencia. Por otra parte, la forma de onda de energía puede ser capturado con precisión durante un evento de inicio para que ni la corriente de entrada ni la dV / dt es constante ( Figura 3b ).
Figura 3b. Una forma de onda de energía se refleja correctamente en un inicio en el que ni la corriente de entrada ni la dV / dt es constante. Aquí la corriente de entrada se suelta.
Si la función de las matemáticas en el osciloscopio incluye un operando de integración, este cálculo de forma de onda puede ser un paso más para mostrar la energía total depositada en el MOSFET en cualquier evento que resulte en la disipación de potencia significativa en el FET. Figura 4 se aplica la función de integración de el MOSFET de potencia de la información.
Figura 4. Integración de la disipación de la energía se obtiene la energía total depositada en el MOSFET de la figura 1 durante el inicio.
Al igual que en la Figura 3a, C salida es 360μF y la corriente de entrada se fija a 2A. Debido a la forma de onda de energía tiene una forma triangular con una duración de alrededor de 2 ms de inicio, se espera que alrededor de 24 W / 2 x 2 ms = 24mJ de la energía que se convierte en calor en el MOSFET. De hecho, integrante del canal de matemáticas de poder alcanzar casi exactamente 24mWs (= 24mJ) de energía al final del evento de inicio!
Obviamente, esta técnica puede aplicarse también a otras condiciones transitorias que afectan a la IC, tales como un cierre y de cortocircuito o sobrecarga de los acontecimientos. Tal poder y la información detallada de la energía se puede utilizar para hacer cálculos precisos de la duración del pulso y el poder de un solo pulso al comprobar que el MOSFET SOA y las características térmicas.
Medir la capacitancia de carga
Entre las funciones matemáticas de un osciloscopio digital, el operando de la integración también se puede utilizar para medir la capacidad hot-swap-siempre que la carga de corriente de carga resistiva es pequeña durante el inicio.
La capacitancia es la cantidad de carga almacenada por voltio aplicado al condensador; cargo es simplemente el tiempo integral de la corriente. Por lo tanto, mediante la integración de la corriente de entrada hot-swap y dividiendo por la tensión de salida, la función de un osciloscopio de matemáticas puede medir la capacidad de carga total con una precisión sorprendente. En la Figura 5a , el hot-swap de controlador está habilitado con tres condensadores cerámicos de salida, cada uno con un valor nominal de 10μF. El seguimiento de las matemáticas es un principio sin sentido debido al problema de división por cero antes de V salida se eleva. Sin embargo, cuando V salida es superior a cero, el canal de matemáticas rápidamente converge a una capacitancia medida de aproximadamente 27μF. Tenga en cuenta que las unidades de función matemática de esta integral no están representados adecuadamente, los osciloscopios digitales modernos son increíbles, pero todavía no pueden leer nuestras mentes y entender nuestras intenciones!
Figura 5a. Salida de medición de la capacidad de la Figura 1 con C SALIDA = 30μF.
Figura 5b se repite el experimento de la Figura 5a, pero con un condensador electrolítico de aluminio adicionales de 330μF valor nominal agregado a la producción. Tenga en cuenta que en los extremos evento de inicio, el seguimiento de las matemáticas muestra una capacidad de salida medido de aproximadamente 360μF, casi exactamente lo que esperamos. Recuerde que una carga resistiva degrada la exactitud de estas mediciones de la capacitancia de dibujo actual que no está almacenada en el condensador. Para mediciones de corta duración, sin embargo, los resultados pueden ser muy útiles.
Figura 5b. Salida de medición de la capacidad de la Figura 1 con C SALIDA = 30μF + 330μF.
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