Как да измерите загубата на мощност на импулсно захранване с цифров осцилоскоп
Новата архитектура на SMPS:Switch Mode PowerSupply) трябва да осигури висок ток и ниско напрежение на процесори с висока скорост на данни и GHz клас, което добавя невидим нов натиск върху дизайнерите на захранващи устройства по отношение на ефективност, плътност на мощността, надеждност и цена. За да се вземат предвид тези изисквания при проектирането, дизайнерите са приели нови архитектури, като технология за синхронно коригиране, корекция на филтъра за активна мощност и увеличаване на честотата на превключване. Тези технологии носят и някои по-големи предизвикателства, като големи загуби на мощност, разсейване на топлина и прекомерни EMI/EMC на комутационни устройства.
По време на прехода от състояние "изключено" (включено) към "включено" (изключено), захранващото устройство ще има висока консумация на енергия. (Въпреки това, загубата на мощност на превключващите устройства в състояние "включено" или "изключено" е по-малка, тъй като токът през устройството или напрежението на устройството е много малък). Индукторите и трансформаторите могат да изолират изходното напрежение и да изгладят тока на натоварване. Индукторите и трансформаторите също са податливи на честота на превключване, което води до разсейване на мощността и случайни повреди поради насищане.
Тъй като разсейваната мощност в импулсното захранващо устройство определя общата ефективност на топлинния ефект на захранването, много е важно да се измери загубата на мощност на превключващото устройство и индуктора/трансформатора. Това измерване може да определи енергийната ефективност и разсейването на топлината.
Измерване и анализ на загуба на мощност
1. Тестово устройство, необходимо за измерване на загуба на мощност
Опростена схема на трансформация на превключвателя. Мощният транзистор с полев ефект на MOSFET контролира тока при възбуждане на 40kHz часовник. MOSFET не е свързан към заземяване на променливотоковото захранващо устройство или към заземяване на изхода на веригата, тоест той е изолиран от земята. Следователно е невъзможно просто да се измери еталонното напрежение на заземяването с осцилоскоп, защото ако заземителният проводник на сондата е свързан към който и да е извод на MOSFET, точката ще бъде съединена накъсо със земята през осцилоскопа.
В този случай диференциалното измерване е добър начин за измерване на формата на вълната на напрежението на M0SFET. Чрез диференциално измерване можете да измерите VDS, тоест напрежението на изходния извод и изходния извод на MOSFET. VDS може да плава над напрежението и обхватът на напрежението може да бъде от десетки волта до стотици волта, в зависимост от обхвата на напрежението на захранващото устройство. Можете да измервате VDS по няколко начина:
Заземяващ проводник на шасито на окачващ осцилоскоп. Препоръчва се да не се използва, тъй като е изключително вреден за потребителя, тестваното устройство и осцилоскопа.
Две конвенционални еднокрайни пасивни сонди се използват за свързване на техните заземяващи проводници заедно и след това функцията за изчисляване на канала на осцилоскопа се използва за измерване. Този метод на измерване се нарича квазидиференциално измерване. Въпреки това, въпреки че пасивната сонда може да се използва в комбинация с усилвателя на осцилоскоп, тя няма функцията за "коефициент на отхвърляне на общ режим" (CMRR), който може правилно да блокира всяко напрежение на общ режим. Тази настройка не може да измери точно напрежението, но съществуващата сонда може да се използва.
Използвайте изолатора на сондата, наличен в магазина, за да изолирате шасито на осцилоскопа от земята. Заземителният проводник на сондата вече няма да бъде основният потенциал за заземяване и сондата може да бъде директно свързана към тестова точка. Изолаторът на сондата е ефективно решение, но е скъп и цената му е два до пет пъти по-висока от тази на диференциалната сонда.
Използване на реална диференциална сонда на широколентов осцилоскоп. Можете да измерите VDS чрез диференциална сонда, което също е добър метод.
Когато измервате ток през MOSFET, първо затегнете сондата за ток и след това настройте фино измервателната система. Много диференциални сонди са снабдени с вградени DC компенсиращи кондензатори. Изключете тестваното оборудване и след като осцилоскопът и сондата са напълно загрети, можете да зададете средната стойност на вълните на напрежението и тока, измерени от осцилоскопа. Настройката на чувствителността трябва да използва стойностите, използвани при действителното измерване. При липса на сигнал регулирайте кондензатора за подстригване, за да регулирате нулевата средна стойност на всяка форма на вълната до 0 V. Тази стъпка може значително да намали грешката на измерване, причинена от статичното напрежение и ток в измервателната система.
