Метода за мерење прекидачког напајања са дигиталним осцилоскопом
Од традиционалних аналогних извора напајања до ефикасних прекидачких извора напајања, типови и величине извора напајања се веома разликују. Сви се суочавају са сложеним и динамичним радним окружењима. Оптерећење опреме и потражња могу да претрпе значајне промене у тренутку. Чак и „дневно“ прекидачко напајање мора бити у стању да издржи тренутне врхове који далеко превазилазе његов просечан радни ниво. Инжењери који пројектују изворе напајања или системе за коришћење извора напајања морају да разумеју услове рада извора напајања у статичким и најгорим условима.
У прошлости, описивање карактеристика понашања извора напајања значило је коришћење дигиталног мултиметра за мерење статичке струје и напона и извођење напорних 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 динамичко мерење лакшим. Корисници могу прилагодити кључне параметре, аутоматски израчунати и видети резултате у року од неколико секунди, а не само необрађене податке.
Питања пројектовања напајања и захтеви мерења
У идеалном случају, свако напајање треба да ради као математички модел који је за њега дизајниран. Али у стварном свету, компоненте су дефектне, оптерећења се могу променити, напајање може бити изобличено, а промене у окружењу могу променити перформансе. Штавише, стални захтеви за перформансама и трошковима такође чине дизајн напајања сложенијим. Размотрите ова питања:
Колико вати снаге може да одржи напајање изнад своје називне снаге? Колико дуго може трајати? Колико топлоте емитује напајање? Шта се дешава када се прегреје? Колики је проток ваздуха за хлађење потребан? Шта се дешава када се струја оптерећења значајно повећа? Да ли уређај може да задржи свој називни излазни напон? Како напајање реагује на потпуни кратак спој на излазном крају? 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 строг систем мерења може омогућити инжењерима да постигну ове циљеве.
Осцилоскоп и мерење напајања
За оне који су навикли да користе осцилоскоп за мерења великог пропусног опсега, мерење снаге може бити једноставно јер је његова фреквенција релативно ниска. У ствари, постоје и многи изазови са којима се дизајнери кола велике брзине никада не морају суочити у мерењу снаге.
Напон читавог склопног уређаја може бити висок и плутајући, што значи да није уземљен. Ширина импулса, период, фреквенција и радни циклус сигнала ће варирати. Неопходно је тачно ухватити и анализирати таласни облик и открити све абнормалности у таласном облику. Захтеви за осцилоскопе су захтевни. Више сонди - истовремено захтевају једностране сонде, диференцијалне сонде и струјне сонде. Инструмент мора имати велику меморију да би обезбедио простор за снимање за дугорочне резултате аквизиције ниске фреквенције. И може захтевати хватање различитих сигнала са значајним разликама у амплитуди у једној аквизицији.
Основе прекидачког напајања
Главна архитектура ДЦ напајања у већини модерних система је прекидачко напајање (СМПС), које је добро познато по својој способности да се ефикасно носи са променљивим оптерећењима. Путања електричног сигнала типичног прекидачког напајања укључује пасивне компоненте, активне компоненте и магнетне компоненте. Прекидачки извори напајања треба да минимизирају употребу компоненти са губицима као што су отпорници и линеарни транзистори, и да углавном користе (идеално) компоненте без губитака као што су комутациони транзистори, кондензатори и магнетне компоненте.
Уређај за прекидачко напајање такође има контролни део, који укључује компоненте као што су регулатор модулације ширине импулса, регулатор модулације пулсне фреквенције и повратна петља 1. 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, они троше врло мало енергије иу отвореном иу затвореном стању, са високом ефикасношћу и малом производњом топлоте. Преклопни уређаји у великој мери одређују укупне перформансе прекидачких извора напајања. Главна мерења комутационих уређаја укључују: комутациони губитак, просечни губитак снаге, безбедно радно подручје и друго.
