Метод за измерване на импулсно захранване с цифров осцилоскоп
От традиционните аналогови захранващи устройства до ефективни импулсни захранващи устройства, видовете и размерите на захранващите устройства се различават значително. Всички те са изправени пред сложна и динамична работна среда. Натоварването и търсенето на оборудването могат да претърпят значителни промени за миг. Дори едно "ежедневно" импулсно захранване трябва да може да издържа на мигновени пикове, които далеч надхвърлят средното му работно ниво. Инженерите, които проектират захранващи устройства или системи за използване на захранващи устройства, трябва да разбират работните условия на захранването при статични и най-лоши условия.
В миналото описанието на поведенческите характеристики на източниците на енергия означаваше използването на цифров мултицет за измерване на статичен ток и напрежение и извършването на трудни изчисления с помощта на 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 прави динамичното измерване по-лесно. Потребителите могат да персонализират ключовите параметри, да изчисляват автоматично и да виждат резултатите в рамките на секунди, вместо само необработени данни.
Проблеми с дизайна на захранването и изисквания за измерване
В идеалния случай всяко захранване трябва да работи като математическия модел, предназначен за него. Но в реалния свят компонентите са дефектни, товарите могат да се променят, захранването може да бъде изкривено и промените в околната среда могат да променят производителността. Освен това постоянно променящите се изисквания за производителност и цена също правят дизайна на захранването по-сложен. Обмислете тези проблеми:
Колко вата мощност може да поддържа захранването извън номиналната си мощност? Колко дълго може да продължи? Колко топлина отделя захранването? 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 номиналното си изходно напрежение? Как захранването реагира на пълно късо съединение в изходния край? Какво се случва, когато входното напрежение на захранването се промени?
Дизайнерите трябва да разработят захранвания, които заемат по-малко място, намаляват топлината, намаляват производствените разходи и отговарят на по-строгите EMI/EMC стандарти. Само стриктна система за измерване може да позволи на инженерите да постигнат тези цели.
Осцилоскоп и измерване на захранването
За тези, които са свикнали да използват осцилоскоп за измервания с висока честотна лента, измерването на мощността може да е лесно, тъй като неговата честота е сравнително ниска. Всъщност има и много предизвикателства, с които дизайнерите на високоскоростни вериги никога не трябва да се сблъскват при измерването на мощността.
Напрежението на цялото разпределително устройство може да е високо и плаващо, което означава, че не е заземено. Ширината на импулса, периодът, честотата и работният цикъл на сигнала ще варират. Необходимо е да се улови и анализира формата на вълната вярно и да се открият всякакви аномалии във формата на вълната. Изискванията към осцилоскопите са високи. Множество сонди - изискващи едновременно 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 нискочестотни данни. И може да изисква улавяне на различни сигнали със значителни разлики в амплитудата в едно придобиване.
Основи на импулсното захранване
Основната архитектура на захранване с постоянен ток в повечето съвременни системи е импулсно захранване (SMPS), което е добре известно със способността си да се справя ефективно с променящите се натоварвания. Пътят на електрическия сигнал на типично импулсно захранване включва пасивни компоненти, активни компоненти и магнитни компоненти. Импулсните захранвания трябва да сведат до минимум използването на компоненти със загуби като резистори и линейни транзистори и да използват главно (в идеалния случай) компоненти без загуби като превключващи транзистори, кондензатори и магнитни компоненти.
Устройството за импулсно захранване също има контролна част, която включва компоненти като регулатор на импулсна широчинна модулация, регулатор на импулсна честотна модулация и обратна връзка 1. 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 за превключване и могат да издържат на нестабилни пикове на напрежението. Също толкова важно, те консумират много малко енергия както в отворено, така и в затворено състояние, с висока ефективност и ниско генериране на топлина. Превключващите устройства до голяма степен определят цялостната производителност на импулсните захранвания. Основните измервания на превключващите устройства включват: загуба при превключване, средна загуба на мощност, безопасна работна зона и други.
