Metodă de măsurare a alimentării cu comutație cu osciloscop digital
De la sursele de alimentare analogice tradiționale la sursele de alimentare cu comutație eficiente, tipurile și dimensiunile surselor de alimentare variază foarte mult. Toți se confruntă cu medii de lucru complexe și dinamice. Sarcina și cererea echipamentului pot suferi modificări semnificative într-o clipă. Chiar și o sursă de alimentare cu comutație „zilnică” trebuie să fie capabilă să reziste la vârfuri instantanee care depășesc cu mult nivelul său mediu de funcționare. Inginerii care proiectează surse de alimentare sau sisteme pentru a utiliza surse de alimentare trebuie să înțeleagă condițiile de funcționare ale sursei de alimentare în condiții statice și în cel mai rău caz.
În trecut, descrierea caracteristicilor comportamentale ale surselor de energie însemna utilizarea unui multimetru digital pentru a măsura curentul și tensiunea statică și efectuarea de calcule dificile folosind un calculator sau un computer. Astăzi, majoritatea inginerilor apelează la osciloscoape 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 măsurarea dinamică. Utilizatorii pot personaliza parametrii cheie, pot calcula automat și pot vedea rezultatele în câteva secunde, mai degrabă decât doar date brute.
Probleme de proiectare a sursei de alimentare și cerințe de măsurare
În mod ideal, fiecare sursă de alimentare ar trebui să funcționeze ca modelul matematic conceput pentru ea. Dar, în lumea reală, componentele sunt defecte, sarcinile se pot schimba, sursa de alimentare poate fi distorsionată, iar schimbările de mediu pot modifica performanța. Mai mult, cerințele de performanță și costuri în continuă schimbare fac, de asemenea, proiectarea sursei de alimentare mai complexă. Luați în considerare aceste probleme:
Câți wați de putere poate menține sursa de alimentare peste puterea sa nominală? Cât poate dura? Câtă căldură emite sursa de alimentare? Ce se întâmplă când se supraîncălzi? Cât de mult flux de aer de răcire necesită? Ce se întâmplă când curentul de sarcină crește semnificativ? Poate dispozitivul să-și mențină tensiunea nominală de ieșire? Cum răspunde sursa de alimentare la un scurtcircuit complet la capătul de 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 strict de măsurare poate permite inginerilor să atingă aceste obiective.
Măsurarea osciloscopului și a sursei de alimentare
Pentru cei obișnuiți să folosească un osciloscop pentru măsurători cu lățime de bandă mare, măsurarea puterii poate fi simplă, deoarece frecvența acestuia este relativ scăzută. De fapt, există și multe provocări cu care proiectanții de circuite de mare viteză nu trebuie să le înfrunte niciodată în măsurarea puterii.
Tensiunea întregului aparat de comutare poate fi mare și plutitoare, ceea ce înseamnă că nu este împământat. Lățimea impulsului, perioada, frecvența și ciclul de lucru al semnalului vor varia. Este necesar să captați și să analizați forma de undă cu adevărat și să detectați orice anomalie în forma de undă. Cerințele pentru osciloscoape sunt exigente. Sonde multiple - necesită simultan sonde cu un singur capăt, sonde diferențiale și sonde de curent. 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 necesita capturarea diferitelor semnale cu diferențe semnificative de amplitudine într-o singură achiziție.
Elementele fundamentale ale sursei de alimentare cu comutare
Arhitectura principală de alimentare cu curent continuu în majoritatea sistemelor moderne este o sursă de alimentare cu comutație (SMPS), care este binecunoscută pentru capacitatea sa de a face față eficient sarcinilor în schimbare. Calea semnalului electric al unei surse de alimentare cu comutare tipică include componente pasive, componente active și componente magnetice. Sursele de alimentare cu comutare ar trebui să reducă la minimum utilizarea componentelor cu pierderi, cum ar fi rezistențele și tranzistoarele liniare, și să utilizeze în principal (în mod ideal) componente fără pierderi, cum ar fi tranzistoarele de comutare, condensatorii și componentele magnetice.
Dispozitivul de alimentare cu comutare are, de asemenea, o parte de control, care include componente cum ar fi regulatorul de modulare a lățimii impulsului, regulatorul de modulare a frecvenței impulsului și bucla de feedback 1. 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 partea de conversie a puterii, inclusiv dispozitivele active, dispozitivele pasive și componentele 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 un timp scurt de comutare și pot rezista la vârfuri instabile de tensiune. La fel de important, consumă foarte puțină energie atât în stare deschisă, cât și în stare închisă, cu eficiență ridicată și generare scăzută de căldură. Dispozitivele de comutare determină în mare măsură performanța generală a surselor de alimentare comutatoare. Principalele măsurători ale dispozitivelor de comutare includ: pierderea de comutare, pierderea medie de putere, zona de lucru sigură și altele.
