Metoda de măsurare a sursei de alimentare cu comutare cu osciloscop digital
Sursele de alimentare vin într-o mare varietate de tipuri și dimensiuni, de la surse de alimentare tradiționale de tip analog până la surse de alimentare cu comutare de înaltă eficiență. Toți trebuie să facă față unui mediu de lucru complex și dinamic. Încărcările și cerințele echipamentelor se pot schimba dramatic într-o clipă. Chiar și o sursă de alimentare cu comutație „de zi cu zi” poate rezista la vârfuri de moment cu mult peste nivelul său mediu de funcționare. Inginerii care proiectează o sursă de alimentare sau o sursă de alimentare pentru a fi utilizată într-un sistem trebuie să înțeleagă cum funcționează sursa de alimentare în condiții statice, precum și în cele mai defavorabile condiții.
În trecut, caracterizarea comportamentului unei surse de alimentare însemna măsurarea curentului și tensiunii de repaus cu un multimetru digital și efectuarea de calcule minuțioase cu un calculator sau un computer. Astăzi, majoritatea inginerilor apelează la osciloscop ca platformă preferată de măsurare a puterii. Osciloscoapele moderne pot fi echipate cu software integrat de măsurare și analiză a puterii, simplificând configurarea și ușurând măsurătorile dinamice. Utilizatorii pot personaliza parametrii cheie, automatiza calculele și pot vedea rezultatele în câteva secunde, nu doar date brute.
Probleme de proiectare a sursei de alimentare și nevoile lor de măsurare
În mod ideal, fiecare sursă de alimentare ar trebui să se comporte ca modelul matematic pentru care a fost concepută. Dar, în lumea reală, componentele sunt defecte, sarcinile pot varia, sursele de alimentare pot fi distorsionate, iar schimbările de mediu pot modifica performanța. De asemenea, schimbarea cerințelor de performanță și costuri complică proiectarea sursei de alimentare. Luați în considerare aceste întrebări:
Câți wați poate susține sursa de alimentare peste puterea sa nominală? Cât poate dura? Câtă căldură disipă sursa de alimentare? Ce se întâmplă când se supraîncălzi? De cât flux de aer de răcire are nevoie? Ce se întâmplă când curentul de sarcină crește semnificativ? Poate dispozitivul să mențină tensiunea nominală de ieșire? Cum tratează sursa de alimentare cu un scurtcircuit la ieșire? Ce se întâmplă când tensiunea de intrare a sursei de alimentare se modifică?
Designerii trebuie să dezvolte surse de alimentare care ocupă mai puțin spațiu, reduc căldura, reduc costurile de producție și îndeplinesc standarde EMI/EMC mai stricte. Doar un sistem riguros de măsurare poate permite inginerilor să atingă aceste obiective.
Osciloscop și măsurători de putere
Pentru cei obișnuiți să facă măsurători de lățime de bandă mare cu un osciloscop, măsurătorile sursei de alimentare pot fi simple datorită frecvențelor lor relativ scăzute. De fapt, există multe provocări în măsurarea puterii pe care proiectanții de circuite de mare viteză nu trebuie niciodată să le facă față.
Întregul aparat de comutare poate fi de înaltă tensiune și „plutitor”, adică să nu fie conectat la masă. Lățimea impulsului, perioada, frecvența și ciclul de lucru al semnalului pot varia. Formele de undă trebuie capturate și analizate cu fidelitate pentru a detecta anomalii în forma de undă. Acest lucru este solicitant pentru osciloscop. Sonde multiple — Sondele cu un singur capăt, diferențiale și de curent sunt necesare în același timp. Instrumentul trebuie să aibă o memorie mare pentru a oferi spațiu de înregistrare pentru rezultate de achiziție de joasă frecvență pe termen lung. Și poate fi necesară captarea diferitelor semnale cu amplitudini foarte diferite într-o singură achiziție.
Elementele de bază ale sursei de comutare
Arhitectura de curent continuu dominantă în majoritatea sistemelor moderne este sursa de alimentare în comutație (sursa de alimentare cu comutare), care este cunoscută pentru capacitatea sa de a gestiona eficient sarcini diferite. Calea semnalului de putere a unei surse de alimentare cu comutare tipică include componente pasive, componente active și componente magnetice. Sursele de alimentare cu comutație folosesc cât mai puține componente cu pierderi (cum ar fi rezistențele și tranzistoarele liniare) și în mare parte (ideal) componente fără pierderi: tranzistori de comutare, condensatori și magnetice.
Dispozitivul de alimentare cu comutare are, de asemenea, o parte de control, care include un regulator de modulare a lățimii impulsului, un regulator de modulare a frecvenței impulsurilor și o buclă de feedback 1 și alte componente. Secțiunea de control poate avea propria sa sursă de alimentare. Figura 1 este o diagramă schematică simplificată a unei surse de alimentare cu comutare, care arată secțiunea de conversie a puterii, incluzând dispozitive active, dispozitive pasive și componente magnetice.
Tehnologia de alimentare cu comutare folosește dispozitive de comutare cu semiconductori de putere, cum ar fi tranzistoarele cu efect de câmp cu oxid de metal (MOSFET) și tranzistoarele bipolare cu poartă izolată (IGBT). Aceste dispozitive au timpi scurti de comutare și pot rezista la vârfuri de tensiune neregulate. La fel de important, ele consumă foarte puțină energie atât în starea de pornire, cât și în cea oprită, sunt foarte eficiente și generează căldură scăzută. Dispozitivele de comutare determină în mare măsură performanța generală a unei surse de alimentare cu comutație. Măsurătorile cheie ale dispozitivelor de comutare includ: pierderea de comutare, pierderea medie de putere, zona de operare sigură și altele.
