Cum se măsoară pierderea de putere a sursei de alimentare comutatoare cu un osciloscop digital
Noua arhitectură a SMPS:Switch Mode PowerSupply) trebuie să ofere un curent ridicat și o tensiune scăzută procesoarelor cu viteză mare de date și clasa GHz, care adaugă o nouă presiune invizibilă pentru proiectanții de dispozitive de alimentare în termeni de eficiență, densitate de putere, fiabilitate și cost. Pentru a ține cont de aceste cerințe în proiectare, proiectanții au adoptat noi arhitecturi, cum ar fi tehnologia de rectificare sincronă, corectarea filtrului de putere activă și creșterea frecvenței de comutare. Aceste tehnologii aduc, de asemenea, unele provocări mai mari, cum ar fi pierderea mare de putere, disiparea căldurii și EMI/EMC excesive pe dispozitivele de comutare.
În timpul trecerii de la starea „oprit” (pornit) la starea „pornit” (oprit), dispozitivul de alimentare va avea un consum mare de energie. (Cu toate acestea, pierderea de putere a dispozitivelor de comutare în starea „pornit” sau „oprit” este mai mică, deoarece curentul prin dispozitiv sau tensiunea de pe dispozitiv este foarte mică). Inductoarele și transformatoarele pot izola tensiunea de ieșire și pot uniformiza curentul de sarcină. Inductoarele și transformatoarele sunt, de asemenea, susceptibile la frecvența de comutare, ceea ce duce la disiparea puterii și defecțiuni ocazionale din cauza saturației.
Deoarece puterea disipată în dispozitivul de alimentare cu comutație determină eficiența generală a efectului termic al sursei de alimentare, este foarte important să se măsoare pierderea de putere a dispozitivului de comutare și a inductorului/transformatorului. Această măsurătoare poate determina eficiența energetică și disiparea căldurii.
Măsurarea și analiza pierderilor de putere
1. Dispozitiv de testare necesar pentru măsurarea pierderilor de putere
Circuit simplificat de transformare a comutatorului. Tranzistorul de putere cu efect de câmp MOSFET controlează curentul sub excitarea ceasului de 40 kHz. MOSFET nu este conectat la pământul alimentatorului de curent alternativ sau la pământul de ieșire a circuitului, adică este izolat de masă. Prin urmare, este imposibil să măsurați pur și simplu tensiunea de referință de împământare cu un osciloscop, deoarece dacă firul de împământare al sondei este conectat la orice terminal al MOSFET, punctul va fi scurtcircuitat cu pământul prin osciloscop.
În acest caz, măsurarea diferențială este o modalitate bună de a măsura forma de undă de tensiune a M0SFET. Prin măsurare diferențială, puteți măsura VDS, adică tensiunea pe terminalul de scurgere și terminalul sursă al MOSFET. VDS poate pluti deasupra tensiunii, iar intervalul de tensiune poate fi de la zeci de volți până la sute de volți, în funcție de intervalul de tensiune al dispozitivului de alimentare. Puteți măsura VDS în mai multe moduri:
Firul de împământare al șasiului al osciloscopului cu suspensie. Se recomanda sa nu-l folosesti, deoarece este extrem de nociv pentru utilizator, dispozitivul testat si osciloscop.
Două sonde pasive convenționale cu un singur capăt sunt utilizate pentru a-și conecta firele de împământare împreună, iar apoi funcția de calcul a canalului a osciloscopului este utilizată pentru măsurare. Această metodă de măsurare se numește măsurare cvasi-diferențială. Cu toate acestea, deși sonda pasivă poate fi utilizată în combinație cu amplificatorul unui osciloscop, îi lipsește funcția de „raport de respingere în mod comun” (CMRR) care poate bloca în mod corespunzător orice tensiune în mod comun. Această setare nu poate măsura cu exactitate tensiunea, dar se poate folosi sonda existentă.
Utilizați izolatorul sondei disponibil în magazin pentru a izola șasiul osciloscopului de sol. Firul de împământare al sondei nu va mai fi potențialul principal de împământare, iar sonda poate fi conectată direct la un punct de testare. Izolatorul sondei este o soluție eficientă, dar este costisitoare, iar costul său este de două până la cinci ori mai mare decât al sondei diferențiale.
Folosind o sondă diferențială reală pe osciloscopul de bandă largă. Puteți măsura VDS prin sonda diferențială, care este, de asemenea, o metodă bună.
Când măsurați curentul prin MOSFET, mai întâi fixați sonda de curent și apoi reglați fin sistemul de măsurare. Multe sonde diferențiale sunt echipate cu condensatoare de reglare DC offset încorporate. Opriți echipamentul testat și după ce osciloscopul și sonda sunt complet încălzite, puteți seta valoarea medie a formelor de undă de tensiune și curent măsurate de osciloscop. Setarea sensibilității ar trebui să utilizeze valorile utilizate în măsurarea efectivă. În absența semnalului, reglați condensatorul de reglare pentru a ajusta media zero a fiecărei forme de undă la 0 V. Acest pas poate reduce foarte mult eroarea de măsurare cauzată de tensiunea și curentul static din sistemul de măsurare.
