Perjungiamojo maitinimo šaltinio matavimo skaitmeniniu osciloskopu metodas
Nuo tradicinių analoginių maitinimo šaltinių iki efektyvių perjungiamųjų maitinimo šaltinių, maitinimo šaltinių tipai ir dydžiai labai skiriasi. Jie visi susiduria su sudėtinga ir dinamiška darbo aplinka. Įrangos apkrova ir paklausa gali akimirksniu smarkiai pasikeisti. Net „kasdienis“ perjungimo maitinimo šaltinis turi atlaikyti momentinius pikus, gerokai viršijančius jo vidutinį veikimo lygį. Inžinieriai, kuriantys maitinimo šaltinius ar sistemas, kad būtų naudojami maitinimo šaltiniai, turi suprasti maitinimo šaltinio veikimo sąlygas statinėmis ir blogiausiomis sąlygomis.
Anksčiau apibūdinti energijos šaltinių elgsenos charakteristikas reiškė naudoti skaitmeninį multimetrą statinei srovei ir įtampai matuoti bei sudėtingus skaičiavimus naudojant skaičiuotuvą arba kompiuterį. Šiandien dauguma inžinierių kreipiasi į osciloskopus kaip pageidaujamą galios matavimo platformą. Šiuolaikiniuose osciloskopuose gali būti integruota galios matavimo ir analizės programinė įranga, supaprastinanti sąranką ir dinaminį matavimą. Vartotojai gali tinkinti pagrindinius parametrus, automatiškai skaičiuoti ir per kelias sekundes matyti rezultatus, o ne tik neapdorotus duomenis.
Maitinimo šaltinio projektavimo klausimai ir matavimo reikalavimai
Idealiu atveju kiekvienas maitinimo šaltinis turėtų veikti taip, kaip jam sukurtas matematinis modelis. Tačiau realiame pasaulyje komponentai yra ydingi, gali keistis apkrovos, gali būti iškraipytas maitinimas, o aplinkos pokyčiai gali pakeisti veikimą. Be to, nuolat kintantys našumo ir sąnaudų reikalavimai taip pat apsunkina maitinimo šaltinio projektavimą. Apsvarstykite šiuos klausimus:
Kiek vatų galios maitinimo šaltinis gali viršyti vardinę galią? Kiek tai gali trukti? Kiek šilumos išskiria maitinimo šaltinis? Kas atsitinka, kai jis perkaista? Kiek reikia aušinimo oro srauto? Kas atsitinka, kai apkrovos srovė žymiai padidėja? Ar įrenginys gali išlaikyti vardinę išėjimo įtampą? Kaip maitinimo šaltinis reaguoja į visišką trumpąjį jungimą išėjimo gale? Kas nutinka pasikeitus maitinimo šaltinio įėjimo įtampai?
Dizaineriai turi sukurti maitinimo šaltinius, kurie užimtų mažiau vietos, sumažintų šilumą, sumažintų gamybos sąnaudas ir atitiktų griežtesnius EMI/EMC standartus. Tik griežta matavimo sistema gali padėti inžinieriams pasiekti šiuos tikslus.
Osciloskopo ir maitinimo šaltinio matavimas
Tiems, kurie įpratę naudoti osciloskopą didelio pralaidumo matavimams, galios matavimas gali būti paprastas, nes jo dažnis yra palyginti mažas. Tiesą sakant, taip pat yra daug iššūkių, su kuriais didelės spartos grandinių projektuotojai niekada neturi susidurti matuodami galią.
Viso skirstomojo įrenginio įtampa gali būti aukšta ir svyruoti, tai reiškia, kad ji neįžeminta. Signalo impulso plotis, periodas, dažnis ir darbo ciklas skirsis. Būtina teisingai užfiksuoti ir išanalizuoti bangos formą ir aptikti bet kokius bangos formos sutrikimus. Osciloskopams keliami dideli reikalavimai. Keli zondai – vienu metu reikalingi vieno galo zondai, diferencialiniai zondai ir srovės zondai. Prietaisas turi turėti didelę atmintį, kad būtų galima įrašyti vietos ilgalaikiams žemo dažnio gavimo rezultatams. Ir gali prireikti užfiksuoti skirtingus signalus su dideliais amplitudės skirtumais vienu gavimu.
Perjungiamojo maitinimo pagrindai
Daugumos šiuolaikinių sistemų pagrindinė nuolatinės srovės maitinimo architektūra yra perjungimo maitinimo šaltinis (SMPS), kuris yra gerai žinomas dėl savo gebėjimo efektyviai susidoroti su besikeičiančiomis apkrovomis. Įprasto perjungiamojo maitinimo šaltinio elektrinio signalo kelias apima pasyviuosius komponentus, aktyvius komponentus ir magnetinius komponentus. Perjungiamieji maitinimo šaltiniai turėtų kuo labiau sumažinti nuostolingų komponentų, tokių kaip rezistoriai ir linijiniai tranzistoriai, naudojimą ir daugiausia naudoti (idealiu atveju) be nuostolių komponentus, tokius kaip perjungimo tranzistoriai, kondensatoriai ir magnetiniai komponentai.
Perjungimo maitinimo įtaisas taip pat turi valdymo dalį, kurią sudaro tokie komponentai kaip impulsų pločio moduliavimo reguliatorius, impulsų dažnio moduliavimo reguliatorius ir grįžtamojo ryšio kilpa 1. Valdymo sekcija gali turėti savo maitinimo šaltinį. 1 paveiksle yra supaprastinta perjungimo maitinimo šaltinio schema, kurioje parodyta galios konvertavimo dalis, įskaitant aktyvius įrenginius, pasyviuosius įrenginius ir magnetinius komponentus.
Maitinimo perjungimo technologija naudoja galios puslaidininkinius perjungimo įtaisus, tokius kaip metalo oksido lauko efekto tranzistoriai (MOSFET) ir izoliuotų vartų dvipoliai tranzistoriai (IGBT). Šie įrenginiai turi trumpą perjungimo laiką ir gali atlaikyti nestabilius įtampos šuolius. Taip pat svarbu, kad jie sunaudoja labai mažai energijos tiek atviroje, tiek uždaroje būsenoje, pasižymi dideliu efektyvumu ir mažu šilumos generavimu. Perjungimo įrenginiai daugiausia lemia bendrą perjungiamųjų maitinimo šaltinių veikimą. Pagrindiniai perjungimo įrenginių išmatavimai: perjungimo nuostoliai, vidutiniai galios nuostoliai, saugi darbo zona ir kt.
