Maior eficiência, densidades de potência mais elevadas, tempos de lançamento no mercado mais curtos, requisitos de normas e reduções de custos estão a ter impacto tanto nos projetos como nos projetistas. Conceber uma fonte de alimentação é um processo complexo com inúmeras etapas. Neste artigo, vamos seguir um fluxo de trabalho simples e fornecer dicas de teste em cada uma das 10 etapas de projeto. Esperamos que encontre algumas que tornem os seus testes mais eficazes e a sua vida um pouco mais fácil.
 
1. Seleção e Caracterização de Componentes
Tradicionalmente, as folhas de dados detalhadas dos fabricantes de componentes forneciam aos projetistas todas as características operacionais necessárias para um bom projeto de uma fonte de alimentação. Mas os requisitos cada vez mais rigorosos em novos projetos podem exigir que o projetista caracterize os componentes para além dos parâmetros padrão da folha de dados.
- Os componentes de potência críticos, como MOSFETs, IGBTs e díodos, devem ser selecionados para um parâmetro-chave otimizado, como uma característica de estado ligado, estado desligado ou CA.
- Os componentes devem ser testados em gamas de temperatura para além das condições ideais definidas pela folha de dados.
Os componentes passivos também devem ser testados em condições reais, juntamente com os componentes ativos.
Dicas de medição:
- Para medir pequenas diferenças nas características do estado ligado, tais como VTH (tensão de limiar da porta), gM (ganho) e RDSON (resistência no estado ligado), utilize um instrumento capaz de fornecer dezenas de amperes para produzir uma tensão mensurável. Como é sabido, para medições de baixa corrente no estado desligado, como a corrente de fuga (IDSS), utilize um instrumento capaz de gerar alta tensão para produzir uma corrente mensurável.
- Para BVDSS (tensão de rutura), terá de fornecer várias vezes a tensão de funcionamento do seu dispositivo.
- Meça a capacitância do dispositivo em função da tensão (CISS, COSS, CRSS) em dispositivos simples de 2 terminais ou transístores complexos de 3 a 4 terminais, utilizando um sistema de medição de capacitância capaz de testar em toda a gama de tensão CC de funcionamento do dispositivo. Os equipamentos LCR tradicionais podem medir a capacitância, mas não em toda a gama de tensão de funcionamento.
Características do equipamento:
Os SourceMeters da Keithley funcionam como quatro instrumentos num só: fonte de tensão/corrente, medidor de tensão/corrente, varrimento e carga de gerador de funções programável.
 Os SourceMeters da Keithley podem medir as características IV em componentes de μV a 3 kV e de fA a 100 A. O software IVy com ecrã táctil para a plataforma Android facilita a verificação das características IV dos componentes.

2. Energização do Circuito CC de Baixa Tensão
A etapa seguinte do ciclo de projeto é a prototipagem. Os primeiros protótipos são propensos a inúmeras falhas. Muitos problemas podem ocorrer com o endereçamento da placa, juntas de solda, posicionamento de componentes e interferências parasitas, por isso proceda com cuidado.
- Utilize sempre um multímetro digital para verificar os curto-circuitos em todos os estágios de entrada e saída antes de energizar.
- Isole os circuitos analógicos e digitais de baixa tensão no maior número possível de subcircuitos e energize a placa protótipo, um subcircuito de cada vez.
- Isole a fonte de alimentação integrada e teste a saída com e sem carga. Verifique se a tensão de saída e a ondulação estão de acordo com o esperado.
- Utilize uma fonte de alimentação CC de precisão para alimentar os subcircuitos individuais de baixa tensão em vez de depender da fonte de alimentação integrada. (Se a fonte de alimentação integrada tiver várias saídas, utilize uma fonte de alimentação CC isolada multicanal.)
Dicas de medição:
Utilize uma fonte de alimentação CC que apresente simultaneamente as definições programadas e as saídas medidas reais para indicar rapidamente se os estágios CC estão a consumir demasiada corrente. Caso contrário, ligue um multímetro digital (DMM) entre a fonte de alimentação e o dispositivo em teste para monitorizar de perto o consumo de corrente. Quando necessitar de fornecer uma tensão precisa ao sistema em teste, utilize uma fonte de alimentação de bancada com sensor remoto de 4 fios para eliminar o impacto de qualquer queda de tensão na cablagem entre a fonte de alimentação de bancada e o sistema em teste.

Características do equipamento:
A fonte de alimentação de medição de precisão Keithley 2280S pode medir correntes de espera baixas com uma resolução de 10 nA e uma precisão de 0,05%.

3. Ligar o Circuito CA de Alta Tensão
Agora que todos os circuitos de baixa tensão foram verificados, é altura de ligar os circuitos de alta tensão. Esta é a etapa em que o seu protótipo verá alta tensão pela primeira vez.
- É sempre uma boa prática isolar os estágios de alta tensão de todos os estágios de baixa tensão durante o primeiro arranque.
- Considere a utilização de uma fonte de alimentação CA com limitação de corrente. Comece sempre com a tensão CA mais baixa para o seu projeto. Isto ajudará a reduzir as faíscas devido a soldadura inadequada, montagem incorreta ou erros no design da placa de circuito impresso.
- Utilizando tensões de medição diferencial e de corrente adequadas, meça a tensão e a corrente CA de entrada.
- Utilize um osciloscópio ou um analisador de potência na entrada CA com a gravação ativada antes de ligar o dispositivo em teste pela primeira vez. Registe as correntes de pico e os transitórios.
- Depois de verificar o estado da alimentação de alta tensão, ligue o circuito de controlo de baixa tensão para obter uma visão completa.
Dicas de medição:
Para utilizar uma ponta de prova de corrente tipo alicate para medir o baixo consumo de corrente de entrada CA do seu sistema sem carga, pode aumentar a corrente detetada pela ponta de prova. Basta passar o condutor da linha pelo alicate mais do que uma vez. Lembre-se de dividir a leitura da corrente pelo número de voltas! Utilize um analisador de potência com função de registo contínuo para registar a corrente de pico. Em caso de falha catastrófica durante o arranque, terá pelo menos alguns dados para investigar as possíveis causas.
Características do equipamento:
O Analisador de Potência PA1000 oferece um modo de corrente de arranque para medir a corrente de pico durante o arranque. O software DPOPWR oferece um conjunto abrangente de ferramentas de análise de potência que o podem ajudar a medir e depurar os parâmetros de potência de entrada CA durante o arranque.

4. Depuração do Circuito de Controlo Digital e Analógico
Esta é a etapa em que a lógica de controlo é testada. Esta é provavelmente a parte mais importante e complexa do projeto, onde é necessário verificar o offset, a tensão, o tempo e a resposta em frequência adequados.
- Meça o sinal de modulação no driver do dispositivo de comutação durante a inicialização para verificar a frequência de comutação, a largura do impulso e o ciclo de trabalho corretos sob diferentes cargas.
- Verifique a resposta em frequência do laço incorporando um sinal de varrimento de frequência através de um transformador de injeção de banda larga no laço de controlo.
- Utilize um analisador de resposta em frequência para medir o ganho e a fase do circuito.
Dicas de medição:
Monitorize as tensões de entrada e de saída, bem como os sinais de feedback ou de controlo, para verificar se a resposta do laço (por exemplo, amortecimento crítico) é a esperada durante alterações na tensão de entrada e na carga de saída. Monitorize as tensões e correntes de entrada e saída, juntamente com os sinais de controlo, para verificar o funcionamento de circuitos como o arranque suave, a proteção contra curto-circuitos, o desligamento e a redução de corrente. Para fontes de alimentação controladas digitalmente, capture e apresente visualizações correlacionadas no tempo dos sinais de controlo de barramento em série, analógico e digital para visualizar o funcionamento do sistema e verificar se o sistema de controlo está a funcionar conforme projetado.

Características do equipamento:
O software DPOPWR pode auxiliar na análise de modulação em sinais PWM que são difíceis de medir.

5. Características de Comutação do Estágio de Potência
Após a verificação dos circuitos de alta tensão, dos circuitos de baixa tensão e da lógica de controlo, é altura de verificar as características de comutação do estágio de potência.
- Teste as características de comutação sob carga, carga nominal e carga total.
- Certifique-se de que os tempos de ativação, desativação, ciclo de trabalho e tempo morto de todos os interruptores (MOSFETs, IGBTs, etc.) estão de acordo com os cálculos de projeto.
- Verifique todos os sinais VGS quanto a ruídos e picos, uma vez que quaisquer falhas indesejadas neste terminal podem levar a ativações e encerramentos indesejados.
- Dependendo da topologia, verifique o tempo morto dos retificadores de temporização ou das pontes H para garantir que não existe possibilidade de desligar.
- Verifique as relações de temporização entre os drivers de gate e os sinais relacionados para garantir que estão de acordo com o esperado.
Dicas de medição:
Utilize pontas de prova diferenciais com uma classificação de tensão apropriada para medir com segurança sinais não referenciados à terra. Se for difícil medir sinais de gate flutuantes, teste a entrada do driver de gate para verificar o tempo morto entre os FET superior e inferior. Meça as correntes nos pontos de tensão mínima para reduzir as interferências.

Características do equipamento:
Os osciloscópios Tektronix oferecem um modo de alta resolução para minimizar o ruído e garantir que o ligar e desligar podem ser calculados com a maior precisão possível.

6.º Teste de Perdas por Condução e Comutação.
As perdas por comutação e condução nos interruptores de potência e nos componentes magnéticos são os principais fatores que contribuem para a perda total de um sistema. É importante minimizar estas perdas, especialmente em projetos modernos de alta eficiência.
- Calcular as perdas por comutação e condução com base numa folha de dados pode ser enganador, uma vez que não fornece um perfil de perdas completo que tenha em conta as condições de funcionamento e os efeitos parasitas do circuito.
- É importante testar o retificador, os interruptores (MOSFETs, IGBTs, etc.) e os componentes magnéticos quanto às perdas com o circuito sob tensão e sob carga. Na maioria das vezes, os componentes magnéticos são concebidos à medida. Tal como acontece com os dispositivos de comutação, é importante testar os componentes magnéticos em funcionamento para os caracterizar adequadamente.

Dicas de medição:
Para medir as perdas de comutação, utilize um osciloscópio de alta resolução e lembre-se de alinhar as pontas de prova de tensão e corrente. Utilize as funções de filtragem e média para obter resultados precisos num determinado período. Para medir as perdas de comutação num osciloscópio, pode multiplicar a tensão pela corrente e calcular a média da forma de onda de potência resultante durante o arranque ou o encerramento. Se tiver capacidades de análise de potência, este processo será mais fácil e repetível.

Características do equipamento:
O software DPOPWR oferece uma excelente solução para a verificação dinâmica das perdas de potência magnética e das propriedades magnéticas, como a indutância e a curva BH. O DPOPWR fornece técnicas de cálculo automatizadas para medir perdas repetidas de comutação e condução em interruptores de alta potência enquanto estes estão ativos no circuito.

7. Testes de Eficiência e Especificações
O passo seguinte é verificar se o projeto cumpre as normas de eficiência e outras especificações exigidas, tais como regulação de linha e carga, ondulação, ruído, proteção contra curto-circuito e resposta a transitórios.
- Meça a eficiência utilizando um analisador de potência multicanal de alta precisão, variando a potência de sem carga até à carga máxima com uma carga eletrónica.
- Para a regulação da carga, utilize um multímetro digital de alta precisão diretamente nos terminais de entrada e saída da fonte de alimentação e varra a carga do mínimo ao máximo. É importante que a tensão de entrada se mantenha constante durante o teste. Registe quaisquer alterações na tensão de saída em função da carga para determinar a regulação da carga.
- A regulação de linha pode ser testada com uma configuração semelhante, em que a tensão de saída é medida a uma carga constante, enquanto a tensão de entrada CA varia do mínimo ao máximo. Este teste é especialmente importante para fontes de alimentação com entrada universal.
- Verifique o ruído e a ondulação à carga máxima utilizando um osciloscópio otimizado para medições de alta resolução ou um multímetro de amostragem gráfica de alta precisão. O osciloscópio oferece normalmente uma maior largura de banda, mas o multímetro proporciona uma maior precisão.

Dicas de medição:
 Quando medir tensões de baixo nível, como a ondulação, minimize a atenuação da ponta de prova (1X ou 2X, se possível) para obter a melhor relação sinal-ruído nas medições do osciloscópio. Não confie nas leituras da fonte CA ou da carga eletrónica para regulação de linha ou teste de carga. Utilize instrumentos de precisão diretamente nos terminais da fonte de alimentação para obter uma maior precisão de medição e minimizar a queda de tensão nos cabos de entrada e saída. Utilize um adaptador de ponta de prova com mola de ligação à terra de baixa indutância ou um acessório semelhante ao medir ruído e ondulação de alta frequência com um osciloscópio. Os cabos de ligação à terra padrão da ponta de prova atuam como antenas e captam o ruído ambiente, resultando em erros significativos nas leituras.
Características do Equipamento:
O Tektronix PA3000, com uma precisão de 0,04% e uma capacidade de potência em modo de espera de 10 mW, permite medições precisas de eficiência e potência desde a condição sem carga até à condição de carga total.
As cargas eletrónicas CC Keithley 2380 suportam uma vasta gama de correntes e tensões, nas versões de 200 W, 250 W e 750 W.
O multímetro gráfico de amostragem DMM7510 da Keithley possui um digitalizador de 18 bits e 1 MS/s para captar com precisão transitórios rápidos e pequenas ondulações.

8.º Teste de Conformidade com a Rede Elétrica
Parabéns! O seu primeiro protótipo está a funcionar. Agora é altura de verificar se o projeto está em conformidade com as normas locais da rede elétrica.
- A maioria das fontes de alimentação CA/CC são concebidas para funcionar numa tomada CA standard e estão sujeitas a normas rigorosas de consumo e qualidade de energia, como a norma IEC 62301 para o consumo de energia em modo de espera e a norma IEC 61000-3-2 para harmónicos de corrente. A conformidade com estas normas deve ser verificada no início do ciclo de projeto para evitar problemas futuros.
- Certifique-se de que o analisador de energia utilizado para testar os harmónicos de corrente está em conformidade com a norma IEC 61000-4-7 para técnicas de medição.

 Dicas de medição:
 Evite atrasos e utilize soluções de pré-condicionamento acessíveis para verificar a conformidade com a marcação CE, ENERGY STAR® e as normas IEC de corrente quiescente e harmónica. Isto poupará tempo e trabalho consideráveis ​​mais tarde no ciclo de projeto. Teste a pré-conformidade com frequência e desde o início. Verifique
as ligações ao medir uma fonte de alimentação quiescente com baixa tensão e distorção. A cablagem incorreta pode levar a erros significativos. Certifique-se sempre de que liga o canal do voltímetro ao lado da fonte do shunt de corrente para não medir a corrente através da impedância do voltímetro.

Características do equipamento:
A Tektronix oferece soluções de pré-condicionamento para harmónicos de corrente IEC61000-3-2, soluções de conformidade com as normas de potência quiescente IEC62301 e ENERGY STAR, bem como limites definidos pelo utilizador. O analisador de potência PA1000 tem uma capacidade de medição de corrente de 20 μA, permitindo medições de potência quiescente até 5 mW. A caixa de derivação da Tektronix oferece dois terminais separados para medições de carga e fonte, facilitando e tornando mais seguro o acesso a leituras precisas de baixa potência para testes de potência quiescente.

9.º Resolução de Problemas de EMI e Pré-Compatibilidade:
Os testes de EMI e RFI são frequentemente negligenciados nas fases iniciais do projeto devido à dificuldade e ao custo envolvidos. Isto pode levar a surpresas desagradáveis ​​e atrasos no projeto à medida que os prazos se aproximam.
- Verifique os problemas de EMC no início do ciclo de projeto para evitar alterações desnecessárias na placa e atrasos nos prazos. Com um analisador de espectro e máscaras de compatibilidade de EMI predefinidas, pode realizar testes de pré-compatibilidade e detetar problemas de EMI antes de ir para o laboratório de testes. -
Utilize um osciloscópio de domínio misto (MDO) com analisador de espectro integrado e sondas de campo para localizar rapidamente as fontes de EMI. Pode medir picos espectrais e deduzir as causas de raiz, equipado com o osciloscópio e um esquema elétrico.
Dicas de Medição:
Utilize soluções acessíveis de pré-conformidade de EMI para testar a compatibilidade de EMC e RFI no início da fase de prototipagem, de modo a poupar tempo e dinheiro a longo prazo. Utilize sondas de campo com osciloscópios de domínio misto ou analisadores de espectro para localizar e identificar fontes de RF.
Características do equipamento:
Os osciloscópios da série MDO4000 permitem visualizar todo o sistema e medir as relações entre eventos analógicos, digitais, de barramento série e emissões espectrais. O Tektronix RSA306 oferece análise de espectro em tempo real e permite detetar rajadas de EMI de curta duração. O tempo de gravação prolongado ajuda a captar rajadas pouco frequentes.

10. Validação do Projeto
Agora que já testou minuciosamente o seu primeiro protótipo, está na altura de passar para a próxima revisão.
- Repita todas as etapas de teste discutidas acima como uma lista de verificação.
- Quando tudo estiver pronto, é altura de desenvolver ainda mais o seu projeto e testar a sua fiabilidade.
- Teste a fonte de alimentação para todas as definições de entrada. Isto é especialmente importante para fontes de alimentação com entrada universal.
- Varie a carga de zero a carga máxima para testar a sua fonte de alimentação em todas as condições de funcionamento possíveis.
- Execute um teste de vida útil utilizando câmaras ambientais para verificar o desempenho real do seu projeto.
Dicas de medição:
Utilize uma fonte de alimentação CA com classificação de entrada universal e certificada para testes IEC. Isto ajudará a garantir que o seu produto passa nos testes de conformidade. Utilize um analisador de potência na entrada e na saída da fonte de alimentação para medir todos os parâmetros de entrada CA, tais como o fator de potência, o fator de crista, os harmónicos e a corrente de pico, juntamente com a eficiência do sistema.

Características do equipamento:
O software PWRVIEW da Tektronix, com analisadores de potência, oferece testes de eficiência, potência em modo de espera, harmónicos e consumo de energia (Wh), com diversas funções gráficas e de registo para validação de projetos a longo prazo.

Publicado na edição 149 da Convertronic