CyfrowyOscyloskopPomiarPrzełączanie zasilaczy
Zasilacze są dostępne w szerokiej gamie typów i rozmiarów, od tradycyjnych zasilaczy analogowych po wysoce wydajne zasilacze impulsowe. Wszyscy muszą mierzyć się ze złożonymi, dynamicznymi środowiskami operacyjnymi. Obciążenie i wymagania sprzętu mogą się radykalnie zmienić w ciągu jednej chwili. Nawet „codzienne” zasilacze impulsowe muszą być w stanie wytrzymać chwilowe wartości szczytowe znacznie powyżej ich średniego poziomu roboczego. Inżynierowie projektujący zasilacze lub systemy, które to umożliwiąkorzystaj z zasilaczytrzeba zrozumieć, jak zasilacz będzie się zachowywał w warunkach statycznych, a także w najgorszych warunkach.
W przeszłości scharakteryzowanie zachowania zasilacza oznaczało pomiar prądów i napięć spoczynkowych za pomocą urządzenia cyfrowegomultimetri wykonywanie żmudnych obliczeń za pomocą kalkulatora lub komputera PC. Obecnie większość inżynierów wybiera oscyloskopy jako preferowaną platformę pomiaru mocy. Nowoczesne oscyloskopy można wyposażyć w zintegrowane oprogramowanie do pomiaru i analizy mocy, co upraszcza konfigurację i ułatwia pomiary dynamiczne. Użytkownicy mogą dostosowywać kluczowe parametry, automatyzować obliczenia i wyświetlać wyniki w ciągu kilku sekund, a nie tylko surowe dane.
Zagadnienia projektowania zasilaczy i ich potrzeby pomiarowe
W idealnym przypadku każdy zasilacz powinien działać zgodnie z modelem matematycznym, dla którego został zaprojektowany. Ale w prawdziwym świecieskładnikisą wadliwe, obciążenia się zmieniają, zasilacze mogą być zniekształcone, a zmiany środowiskowe mogą wpłynąć na wydajność. Ponadto zmieniające się wymagania dotyczące wydajności i kosztów komplikują konstrukcję zasilacza. Rozważ następujące kwestie:
Ile watów może wytrzymać zasilacz powyżej mocy znamionowej? Jak długo to trwa? Ile ciepła emituje zasilacz? Co się stanie, gdy się przegrzeje? Jakiego przepływu powietrza chłodzącego wymaga? Co się stanie, gdy prąd obciążenia gwałtownie wzrośnie? Czy urządzenie może utrzymać znamionowe napięcie wyjściowe? Jak zasilacz poradzi sobie z całkowitym zwarciem na wyjściu? Co się stanie, gdy zmieni się napięcie wejściowe zasilacza?
Projektanci muszą opracowywać zasilacze, które zajmują mniej miejsca, redukują wydzielanie ciepła, obniżają koszty produkcji i spełniają bardziej rygorystyczne normy EMI/EMC. Tylko rygorystyczny system pomiarowy umożliwi inżynierom osiągnięcie tych celów.
Oscyloskopy i pomiar mocy
Dla osób przyzwyczajonych do pomiarów szerokopasmowych za pomocą oscyloskopów, pomiary zasilania mogą być proste ze względu na ich stosunkowo niską częstotliwość. W rzeczywistości istnieje wiele wyzwań związanych z pomiarami mocy, którym projektanci obwodów o dużej prędkości nigdy nie będą musieli stawić czoła.
Napięcie na urządzeniu przełączającym może być wysokie i „zmienne”, tj. nieuziemiony. Szerokość impulsu, okres, częstotliwość i cykl pracy sygnału mogą się różnić. Aby wykryć anomalie, należy przechwycić i przeanalizować przebiegi. Jest to wymagający wymóg dla oscyloskopów. Wiele sond — wymagane są także sondy jednostronne, sondy różnicowe i sondy prądowe.Instrumentmusi mieć dużą pamięć, aby zapewnić miejsce na rejestrację wyników długich akwizycji niskich częstotliwości. Może być konieczne przechwycenie różnych sygnałów o bardzo różnych amplitudach w ramach jednej akwizycji.
Podstawy przełączania zasilania
Dominującą architekturą zasilania prądem stałym w większości nowoczesnych systemów jest zasilacz impulsowy (zasilacz impulsowy), który jest dobrze znany ze swojej zdolności do wydajnego radzenia sobie ze zmiennymi obciążeniami. Ścieżka sygnału energii elektrycznej typowego zasilacza impulsowego obejmuje urządzenia pasywne, urządzenia aktywne i elementy magnetyczne. Zasilacze impulsowe wykorzystują możliwie najmniej elementów stratnych (np.rezystoryi tranzystory liniowe) i wykorzystują przede wszystkim (idealnie) komponenty bezstratne: tranzystory przełączające,kondensatoryi elementy magnetyczne.
Urządzenia zasilaczy impulsowych mają również sekcję sterującą, która obejmuje takie elementy, jak regulator modulacji szerokości impulsu, regulator modulacji częstotliwości impulsu oraz pętlę sprzężenia zwrotnego1. Część sterująca może posiadać własne zasilanie. FIGA. 1 jest uproszczonym schematem zasilacza impulsowego przedstawiającym sekcję konwersji energii elektrycznej, która obejmuje elementy aktywne i pasywne, a także elementy magnetyczne.
Technologia impulsowych zasilaczy wykorzystuje półprzewodnikowe urządzenia przełączające mocy, takie jak tranzystory polowe z tlenkiem metalu (MOSFET) z tranzystorami bipolarnymi z izolowaną bramką (IGBT). Urządzenia te mają krótkie czasy przełączania i są odporne na niestabilne skoki napięcia. Co równie ważne, zużywają bardzo mało energii zarówno w stanie włączonym, jak i wyłączonym, co zapewnia wysoką wydajność i niskie wytwarzanie ciepła. Urządzenia przełączające w dużej mierze determinują ogólną wydajność zasilacza impulsowego. Kluczowe pomiary urządzeń przełączających obejmują: straty przełączania, średnią stratę mocy,bezpiecznaobszar operacyjny i inne.
