Коришћење дигиталног осцилоскопа за мерење прекидачког напајања
Напајања долазе у великом броју типова и величина, од традиционалних аналогних напајања до високоефикасних прекидачких извора напајања. Сви се суочавају са сложеним и динамичним радним окружењима. Оптерећења и захтеви опреме могу се значајно променити у трену. Чак и „свакодневна“ прекидачка напајања морају бити у стању да издрже тренутне врхове који далеко превазилазе њихове просечне радне нивое. Инжењери који пројектују изворе напајања или системе који ће користити изворе напајања морају да разумеју како напајање функционише у статичким условима, као иу најгорим условима.
У прошлости, карактеризација понашања извора напајања значила је мерење струје и напона у мировању дигиталним мултиметром и извођење мукотрпних прорачуна помоћу калкулатора или рачунара. Данас се већина инжењера окреће осцилоскопима као својој омиљеној платформи за мерење снаге. Савремени осцилоскопи могу бити опремљени интегрисаним софтвером за мерење и анализу снаге, што поједностављује подешавање и чини динамичка мерења лакшим. Корисници могу да прилагођавају кључне параметре, аутоматизују прорачуне и виде резултате за неколико секунди, а не само необрађене податке.
Проблеми пројектовања напајања и захтеви за њихово мерење
У идеалном случају, свако напајање треба да се понаша као математички модел за који је дизајнирано. Али у стварном свету, компоненте су неисправне, оптерећења се могу променити, извори напајања могу изобличити, а промене у окружењу могу променити перформансе. Штавише, промене перформанси и захтеви за трошковима такође чине дизајн напајања сложенијим. Размотрите ова питања:
Колико вати снаге може да издржи напајање изнад своје називне снаге? Колико дуго може трајати? Колико топлоте одводи напајање? Шта се дешава када се прегреје? Колики је проток ваздуха за хлађење потребан? Шта се дешава када се струја оптерећења значајно повећа? Може ли уређај одржавати номинални излазни напон? Како напајање реагује на потпуни кратак спој на излазу? Шта се дешава када се промени улазни напон напајања?
Дизајнери треба да развију изворе напајања који заузимају мање простора, смањују топлоту, смањују трошкове производње и испуњавају строже ЕМИ/ЕМЦ стандарде. Само ригорозан систем мерења може омогућити инжењерима да постигну ове циљеве.
Осцилоскоп и мерења снаге
За оне који су навикли да врше мерења високог пропусног опсега помоћу осцилоскопа, мерења напајања могу бити једноставна због њихове релативно ниске фреквенције. У ствари, постоје многи изазови у мерењу снаге са којима се дизајнери кола велике брзине никада не морају суочити.
Целокупна расклопна опрема може бити на високом напону и „лебдећи“, односно невезана за уземљење. Ширина импулса, период, фреквенција и радни циклус сигнала ће се променити. Таласни облик мора бити ухваћен и верно анализиран да би се пронашле било какве аномалије у таласном облику. Ово је захтевно за осцилоскоп. Више сонди – Потребне су једностране сонде, диференцијалне сонде и струјне сонде. Инструмент мора имати велику меморију да би обезбедио простор за снимање за дугорочне резултате аквизиције ниске фреквенције. Можда ће бити потребно ухватити различите сигнале са веома различитим амплитудама у једној аквизицији.
Основе прекидачког напајања
Доминантна архитектура једносмерне струје у већини модерних система је прекидачко напајање (исклопно напајање), које је добро познато по својој способности да ефикасно управља променљивим оптерећењима. Путања сигнала напајања типичног прекидачког напајања укључује пасивне компоненте, активне компоненте и магнетне компоненте. Прекидачки извори напајања користе што је могуће мање компоненти са губицима (као што су отпорници и линеарни транзистори) и углавном користе (идеално) компоненте без губитака: комутационе транзистори, кондензатори и магнетне компоненте.
Опрема за прекидачко напајање такође има контролни део, који укључује регулатор модулације ширине импулса, регулатор модулације пулсне фреквенције и повратну петљу 1 и друге компоненте. Контролна секција може имати сопствено напајање. Слика 1 је поједностављени шематски дијаграм прекидачког напајања, који приказује део за конверзију снаге, укључујући активне уређаје, пасивне уређаје и магнетне компоненте.
Технологија прекидачког напајања користи полупроводничке комутационе уређаје као што су транзистори са ефектом поља металног оксида (МОСФЕТ) и биполарни транзистори са изолованим вратима (ИГБТ). Ови уређаји имају кратко време укључивања и могу да издрже нестабилне скокове напона. Подједнако важно, троше веома мало енергије, веома су ефикасни и генеришу мало топлоте, било да су у укљученом или искљученом стању. Прекидачки уређаји у великој мери одређују укупне перформансе прекидачког напајања. Главна мерења комутационих уређаја обухватају: комутациони губитак, просечни губитак снаге, безбедну радну површину и друго.
