Методът за измерване на импулсно захранване с цифров осцилоскоп
Захранващите устройства се предлагат в голямо разнообразие от видове и размери, от традиционни аналогови захранвания до високоефективни импулсни захранвания. Всички те трябва да се изправят пред сложна и динамична работна среда. Натоварванията и изискванията на оборудването могат да се променят драматично за миг. Дори едно "ежедневно" импулсно захранване може да издържи на моментни пикове, доста надвишаващи средното му работно ниво. Инженерите, които проектират захранване или захранване, което да се използва в система, трябва да разберат как захранването работи при статични условия, както и при най-лоши условия.
В миналото характеризирането на поведението на захранването означаваше измерване на ток на покой и напрежение с цифров мултицет и извършване на усърдни изчисления с калкулатор или компютър. Днес повечето инженери се обръщат към осцилоскопа 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 резултати за секунди, а не само необработени данни.
Проблеми с дизайна на захранването и техните нужди от 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 варират, захранването може да бъде изкривено и промените в околната среда могат да променят производителността. Освен това променящите се изисквания за производителност и цена усложняват дизайна на захранването. Обмислете тези въпроси:
Колко вата може да издържи захранването извън номиналната си мощност? Колко дълго може да продължи? Колко топлина отделя захранването? Какво се случва, когато прегрее? От колко охлаждащ въздушен поток се нуждае? Какво се случва, когато токът на натоварване се увеличи значително? Може ли устройството да поддържа номиналното изходно напрежение? Как захранването се справя с пълно късо на изхода? 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 една строга система за измерване може да позволи на инженерите да постигнат тези цели.
Осцилоскоп и измервания на мощността
За тези, които са свикнали да правят измервания с широка честотна лента с осцилоскоп, измерванията на захранването могат да бъдат лесни поради относително ниските им честоти. 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 бъде с високо напрежение и "плаваща", тоест да не е свързана към земята. Ширината на импулса, периодът, честотата и работният цикъл на сигнала могат да варират. Вълновите форми трябва да бъдат заснети и анализирани вярно, за да се открият аномалии във формата на вълната. Това изисква осцилоскоп. Множество сонди—Необходими са еднопосочни, диференциални и токови сонди по едно и също време. Инструментът трябва да има голяма памет, за да осигури място за запис за дългосрочни резултати от нискочестотни данни. И може да се наложи да се уловят различни сигнали с много различни амплитуди в едно придобиване.
Основи на импулсното захранване
Доминиращата DC захранваща архитектура в повечето съвременни системи е импулсното захранване (импулсно захранване), което е известно със способността си да се справя ефективно с различни 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 най-вече (в идеалния случай) компоненти без загуби: превключващи транзистори, кондензатори и магнити.
Устройството за импулсно захранване също има контролна част, която включва регулатор на модулация на ширината на импулса, регулатор на модулация на честотата на импулса и обратна връзка 1 и други компоненти. Контролната секция може да има собствено захранване. Фигура 1 е опростена схематична диаграма на импулсно захранване, показваща секцията 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 хаотични пикове на напрежението. Също толкова важно, те консумират много малко енергия както във включено, така и в изключено състояние, високоефективни са и генерират ниска топлина. Превключващите устройства до голяма степен определят цялостната производителност на импулсното захранване. Ключовите измервания на превключващите устройства включват: загуба при превключване, средна загуба на мощност, безопасна работна зона и други.
