Metoda za mjerenje prekidačkog napajanja digitalnim osciloskopom
Od tradicionalnih analognih napajanja do efikasnih prekidačkih izvora napajanja, vrste i veličine izvora napajanja uvelike variraju. Svi se suočavaju sa složenim i dinamičnim radnim okruženjima. Opterećenje opreme i potražnja mogu pretrpjeti značajne promjene u trenutku. Čak i "dnevno" prekidačko napajanje mora biti u stanju da izdrži trenutne vrhove koji daleko premašuju njegov prosječni radni nivo. Inženjeri koji dizajniraju izvore napajanja ili sisteme za korištenje izvora napajanja moraju razumjeti radne uvjete napajanja u statičkim i najgorim uvjetima.
U prošlosti, opisivanje karakteristika ponašanja izvora napajanja značilo je korištenje digitalnog multimetra za mjerenje statičke struje i napona, te izvođenje teških proračuna pomoću kalkulatora ili PC-a. Danas se većina inženjera okreće osciloskopima kao svojoj preferiranoj platformi za mjerenje snage. Moderni osciloskopi mogu biti opremljeni integriranim softverom za mjerenje i analizu snage, što pojednostavljuje podešavanje i čini dinamičko mjerenje lakšim. Korisnici mogu prilagoditi ključne parametre, automatski izračunati i vidjeti rezultate u roku od nekoliko sekundi, a ne samo neobrađene podatke.
Problemi dizajna napajanja i zahtjevi mjerenja
U idealnom slučaju, svako napajanje bi trebalo da radi kao matematički model dizajniran za njega. Ali u stvarnom svijetu, komponente su neispravne, opterećenja se mogu promijeniti, napajanje može biti izobličeno, a promjene okoline mogu promijeniti performanse. Štaviše, zahtjevi za performansama i troškovima koji se stalno mijenjaju čine dizajn napajanja složenijim. Razmotrite ove probleme:
Koliko vati snage napajanje može održati iznad svoje nazivne snage? Koliko dugo može trajati? Koliko toplote emituje napajanje? Šta se dešava kada se pregreje? Koliki je protok vazduha za hlađenje potreban? Šta se događa kada se struja opterećenja značajno poveća? Može li uređaj održati svoj nazivni izlazni napon? Kako napajanje reaguje na potpuni kratki spoj na izlaznom kraju? Šta se događa kada se promijeni ulazni napon napajanja?
Dizajneri moraju razviti izvore napajanja koji zauzimaju manje prostora, smanjuju toplinu, smanjuju troškove proizvodnje i ispunjavaju strože EMI/EMC standarde. Samo strog sistem mjerenja može omogućiti inženjerima da postignu ove ciljeve.
Osciloskop i mjerenje napajanja
Za one koji su navikli da koriste osciloskop za mjerenja velikog propusnog opsega, mjerenje snage može biti jednostavno jer je njegova frekvencija relativno niska. U stvari, postoje i mnogi izazovi sa kojima se dizajneri kola velike brzine nikada ne moraju suočiti u mjerenju snage.
Napon čitavog sklopnog uređaja može biti visok i plutajući, što znači da nije uzemljen. Širina impulsa, period, frekvencija i radni ciklus signala će varirati. Neophodno je istinito uhvatiti i analizirati talasni oblik i otkriti bilo kakve abnormalnosti u talasnom obliku. Zahtjevi za osciloskope su zahtjevni. Više sondi - istovremeno zahtijevaju jednostrane sonde, diferencijalne sonde i strujne sonde. Instrument mora imati veliku memoriju kako bi osigurao prostor za snimanje za dugoročne rezultate akvizicije niske frekvencije. I može zahtijevati hvatanje različitih signala sa značajnim razlikama u amplitudi u jednoj akviziciji.
Osnove prekidačkog napajanja
Glavna arhitektura DC napajanja u većini modernih sistema je prekidačko napajanje (SMPS), koje je dobro poznato po svojoj sposobnosti da se efikasno nosi sa promenljivim opterećenjima. Putanja električnog signala tipičnog prekidačkog napajanja uključuje pasivne komponente, aktivne komponente i magnetne komponente. Prekidački izvori napajanja trebaju minimizirati upotrebu komponenti sa gubicima kao što su otpornici i linearni tranzistori, i uglavnom koristiti (idealno) komponente bez gubitaka kao što su komutacijski tranzistori, kondenzatori i magnetne komponente.
Uređaj za prekidačko napajanje također ima upravljački dio, koji uključuje komponente kao što su regulator modulacije širine impulsa, regulator modulacije pulsne frekvencije i povratna petlja 1. Upravljačka sekcija može imati vlastito napajanje. Slika 1 je pojednostavljeni šematski dijagram prekidačkog napajanja, koji prikazuje dio za konverziju energije, uključujući aktivne uređaje, pasivne uređaje i magnetne komponente.
Tehnologija prekidačkog napajanja koristi poluprovodničke sklopne uređaje kao što su tranzistori sa efektom polja metalnog oksida (MOSFET) i bipolarni tranzistori sa izolovanim vratima (IGBT). Ovi uređaji imaju kratko vrijeme uključivanja i mogu izdržati nestabilne skokove napona. Jednako važno, troše vrlo malo energije iu otvorenom iu zatvorenom stanju, uz visoku efikasnost i nisku proizvodnju topline. Preklopni uređaji u velikoj mjeri određuju ukupne performanse prekidačkih izvora napajanja. Glavna mjerenja sklopnih uređaja uključuju: sklopne gubitke, prosječne gubitke snage, sigurno radno područje i drugo.
