Efficienza dei convertitori di potenza

Alimentatore R&S®NGL202

 

L’uso efficiente dell’energia è un fattore chiave in molte applicazioni. Efficienze superiori al 90% sono spesso richieste in un progetto di un convertitore. E per ottimizzare il convertitore sono necessarie misure di potenza estremamente accurate. I progettisti hanno bisogno di questa capacità per essere in grado di migliorare l’efficienza del convertitore durante il processo di progettazione, al fine di sviluppare un convertitore estremamente efficiente che possa essere avviato alla produzione.

L’efficienza è spesso il fattore chiave nei convertitori di potenza. Ciò vale soprattutto per i dispositivi IoT alimentati batteria per riuscire a garantire la massima durata di funzionamento, ma è vero anche per i piccoli convertitori CC-CC alimentati da una linea in corrente continua. Il miglioramento dell’efficienza si traduce nella possibilità di utilizzare una batteria più piccola, il che significa che le dimensioni del convertitore e il costo complessivo del sistema possono essere ridotti. Ciò rende molto vantaggioso misurare l’efficienza di un convertitore durante il processo di progettazione. Per misurare l’efficienza di un convertitore, è necessario misurare la potenza d’ingresso e d’uscita con elevata accuratezza. Un progettista può seguire un processo incrementale per aumentare l’efficienza del progetto. Questo processo incrementale consiste in diversi piccoli passi in cui il progettista deve valutare il miglioramento dell’efficienza dopo ogni modifica del progetto. La valutazione del valore dell’efficienza è un compito impegnativo, perché il miglioramento dell’efficienza è la somma di diversi cambiamenti relativamente piccoli nel progetto. Deve essere possibile rilevare piccole variazioni nella misurazione della potenza per supportare il processo di miglioramento dell’efficienza del convertitore. È essenziale disporre di apparecchiature con la massima accuratezza per le misurazioni di potenza.

Configurazione per la misura dell’efficienza di un convertitore di commutazione CC-CC

Configurazione per la misura dell’efficienza di un convertitore di commutazione CC-CC

Gli alimentatori R&S®NGM202 e R&S®NGL202 sono perfetti per le difficili applicazioni di sviluppo di piccoli convertitori di potenza. La loro architettura a due quadranti permette loro di funzionare sia come sorgente di energia che come dissipatore, per fornire la massima flessibilità. La capacità di misura in rilettura ad alta precisione per tensioni e correnti in ingresso e in uscita offre al progettista una soluzione molto semplice in cui è necessario un solo dispositivo per misurare l’efficienza. Non c’è bisogno di un alimentatore CC, di multimetri digitali aggiuntivi e di un carico elettronico, in quanto gli alimentatori R&S®NGM202 e R&S®NGL202 hanno tutto ciò che serve in un unico strumento.

La configurazione di misura è costituita da un alimentatore R&S®NGM202/R&S®NGL202 e dal dispositivo in prova (DUT) collegato ai due canali. I collegamenti opzionali per il telerilevamento aumentano l’accuratezza a correnti più elevate

La potenza d’ingresso e quella d’uscita sono visualizzate sullo schermo

La potenza d’ingresso e quella d’uscita sono visualizzate sullo schermo

Impostazione del dispositivo

 

Il canale 1 è configurato per funzionare come sorgente a tensione costante, che fornisce al convertitore la tensione e la corrente necessarie. Il secondo canale è configurato per funzionare come carico in modalità a corrente costante, per caricare il convertitore con una corrente di esercizio valida in base alle specifiche del convertitore. La tensione e la corrente in ingresso e in uscita vengono misurate internamente, e quindi la potenza d’ingresso e d’uscita può essere calcolata e visualizzata sullo schermo.

Misura dell’efficienza con diverse impostazioni di carico

Sequenza di configurazione del dispositivo

 

  • Attivare il canale 1 come sorgente e il canale 2 come dissipatore
  • Regolare il livello di tensione della sorgente di tensione e impostare un ragionevole livello di protezione da sovracorrente (20% al di sopra della massima corrente d’ingresso del DUT)
  • Impostare la corrente d’uscita desiderata per caricare il DUT di conseguenza. Nel caso di convertitori che forniscono un livello di protezione di corrente piccolo e sensibile, bisognerà anche impostare saggiamente la tensione d’uscita per garantire che il DUT non venga caricato dalla capacità interna dell’alimentatore R&S®NGM202/R&S®NGL202 durante la fase di avvio del convertitore. Una tensione leggermente inferiore alla tensione d’uscita finale del DUT impedirà qualsiasi attivazione del rilevamento di sovracorrente del DUT. Una regola empirica è quella di impostare la tensione al 10% al di sotto della tensione d’uscita minima del DUT
  • Accendere l’uscita per attivare i canali

 

Caso di studio – misura dell’efficienza di un convertitore step-down CC-CC da 5 W

Le misure di efficienza in diverse condizioni di carico indicate nella tabella precedente indicano che il convertitore è già un convertitore ottimizzato per l’efficienza. Le schede tecniche del produttore per i convertitori CC-CC di solito mostrano solo le specifiche per il cablaggio ideale. L’alimentatore R&S®NGM202/R&S®NGL202 consente di determinare l’efficienza dei singoli circuiti e layout. Questi valori possono discostarsi molto dai valori indicati nella scheda tecnica.

Ciò significa che oltre a passare attraverso il processo di ottimizzazione discusso per migliorare l’efficienza, il progettista deve eseguire più misure per validare l’efficienza in tutte le condizioni di utilizzo. Questo sforzo può essere ridotto enormemente utilizzando la funzionalità di controllo remoto dell’alimentatore R&S®NGM202/R&S®NGL202. Ad esempio, le caratteristiche di efficienza possono essere create automaticamente in formato grafico con uno script esterno e un software. Questo approccio automatizzato fa risparmiare tempo al progettista e previene anche gli errori umani che spesso si verificano durante un processo eseguito manualmente.

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