Използване на цифров осцилоскоп за измерване на импулсно захранване
Захранващите устройства се предлагат в голямо разнообразие от видове и размери, от традиционните аналогови захранващи устройства до високоефективни импулсни захранващи устройства. Всички те са изправени пред сложна и динамична работна среда. Натоварванията и изискванията на оборудването могат да се променят значително за миг. Дори "ежедневните" импулсни захранвания трябва да могат да издържат на мигновени пикове, които далеч надвишават техните средни работни нива. Инженерите, проектиращи захранващи устройства или системи, които ще използват захранващи устройства, трябва да разберат как захранването работи при статични условия, както и при най-лошите условия.
В миналото характеризирането на поведението на захранването означаваше измерване на ток на покой и напрежение с цифров мултицет и извършване на щателни изчисления с калкулатор или компютър. Днес повечето инженери се обръщат към осцилоскопите като предпочитана платформа за измерване на мощността. Модерните осцилоскопи могат да бъдат оборудвани с интегриран софтуер за измерване и анализ на мощността, което опростява настройката и улеснява динамичните измервания. Потребителите могат да персонализират ключови параметри, да автоматизират изчисленията и да видят резултатите за секунди, а не само необработените данни.
Проблеми с дизайна на захранването и техните изисквания за измерване
В идеалния случай всяко захранване трябва да се държи като математическия модел, за който е проектирано. Но в реалния свят компонентите са дефектни, товарите могат да се променят, захранването може да се изкриви и промените в околната среда могат да променят производителността. Освен това променящите се изисквания за производителност и цена също правят дизайна на захранването по-сложен. Обмислете тези въпроси:
Колко вата мощност може да издържи захранването извън номиналната мощност? Колко дълго може да продължи? Колко топлина отделя едно захранване? Какво се случва, когато прегрее? Колко охлаждащ въздушен поток изисква? Какво се случва, когато токът на натоварване се увеличи значително? Може ли устройството да поддържа номинално изходно напрежение? Как реагира захранването на пълно късо съединение на изхода? Какво се случва, когато входното напрежение на захранването се промени?
Дизайнерите трябва да разработят захранващи устройства, които заемат по-малко място, намаляват топлината, намаляват производствените разходи и отговарят на по-строгите EMI/EMC стандарти. Само една строга система за измерване може да позволи на инженерите да постигнат тези цели.
Осцилоскоп и измерване на мощност
За тези, които са свикнали да правят измервания с висока честотна лента с осцилоскоп, измерванията на захранването може да са лесни поради относително ниската им честота. Всъщност има много предизвикателства при измерването на мощността, с които дизайнерите на високоскоростни вериги никога не трябва да се сблъскват.
Цялата разпределителна уредба може да е под високо напрежение и да "плава", тоест да не е свързана към земята. Ширината на импулса, периодът, честотата и работният цикъл на сигнала ще се променят. Формата на вълната трябва да бъде уловена и анализирана вярно, за да се открият всякакви аномалии във формата на вълната. Това изисква осцилоскоп. Множество сонди – Необходими са сонди с един край, диференциални сонди и токови сонди. Инструментът трябва да има голяма памет, за да осигури място за запис за дългосрочни резултати от придобиване на ниски честоти. И може да се наложи да се уловят различни сигнали с широко вариращи амплитуди в едно придобиване.
Основи на импулсното захранване
Доминиращата DC захранваща архитектура в повечето съвременни системи е импулсното захранване (импулсно захранване), което е добре известно със способността си ефективно да се справя с променящите се натоварвания. Пътят на захранващия сигнал на типично импулсно захранване включва пасивни компоненти, активни компоненти и магнитни компоненти. Импулсните захранвания използват възможно най-малко компоненти със загуби (като резистори и линейни транзистори) и използват главно (в идеалния случай) компоненти без загуби: превключващи транзистори, кондензатори и магнитни компоненти.
Оборудването за импулсно захранване също има контролна част, която включва регулатор на модулация на ширината на импулса, регулатор на модулацията на честотата на импулса и верига за обратна връзка 1 и други компоненти. Контролната секция може да има собствено захранване. Фигура 1 е опростена схематична диаграма на импулсно захранване, която показва частта за преобразуване на мощността, включително активни устройства, пасивни устройства и магнитни компоненти.
Технологията за импулсно захранване използва мощни полупроводникови превключващи устройства като полеви транзистори с метален оксид (MOSFET) и биполярни транзистори с изолиран затвор (IGBT). Тези устройства имат кратко време на превключване и могат да издържат на нестабилни пикове на напрежението. Също толкова важно, те консумират много малко енергия, високоефективни са и генерират ниска топлина, независимо дали са включени или изключени. Превключващите устройства определят до голяма степен цялостната производителност на импулсното захранване. Основните измервания на превключващите устройства включват: загуба при превключване, средна загуба на мощност, безопасна работна зона и други.
