Skaitmeninio osciloskopo naudojimas perjungiamojo maitinimo šaltinio matavimui
Maitinimo šaltiniai būna įvairių tipų ir dydžių – nuo tradicinių analoginių maitinimo šaltinių iki didelio efektyvumo perjungiamųjų maitinimo šaltinių. Jie visi susiduria su sudėtinga ir dinamiška darbo aplinka. Įrangos apkrovos ir poreikiai gali labai pasikeisti akimirksniu. Net „kasdieniniai“ perjungiamieji maitinimo šaltiniai turi atlaikyti momentinius pikus, gerokai viršijančius jų vidutinį veikimo lygį. Inžinieriai, projektuojantys maitinimo šaltinius ar sistemas, kurios naudos maitinimo šaltinius, turi suprasti, kaip maitinimo šaltinis veikia statinėmis ir blogiausiomis sąlygomis.
Anksčiau maitinimo šaltinio elgsenos apibūdinimas reikšdavo ramybės srovės ir įtampos matavimą skaitmeniniu multimetru ir kruopščius skaičiavimus skaičiuotuvu ar kompiuteriu. 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 dinaminius matavimus. Vartotojai gali tinkinti pagrindinius parametrus, automatizuoti skaičiavimus ir per kelias sekundes matyti rezultatus, o ne tik neapdorotus duomenis.
Maitinimo šaltinio projektavimo klausimai ir jų matavimo reikalavimai
Idealiu atveju kiekvienas maitinimo šaltinis turėtų veikti kaip matematinis modelis, kuriam jis buvo sukurtas. Tačiau realiame pasaulyje komponentai yra sugedę, apkrovos gali keistis, maitinimo šaltiniai gali iškraipyti, o aplinkos pokyčiai gali pakeisti veikimą. Be to, dėl kintančių našumo ir sąnaudų reikalavimų maitinimo blokas tampa sudėtingesnis. Apsvarstykite šiuos klausimus:
Kiek vatų galios maitinimo šaltinis gali išlaikyti viršijančią jo vardinę galią? Kiek tai gali trukti? Kiek šilumos išsklaido 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 išėjime? 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.
Osciloskopas ir galios matavimai
Tiems, kurie įpratę atlikti didelio pralaidumo matavimus su osciloskopu, maitinimo šaltinio matavimai gali būti paprasti dėl santykinai žemo dažnio. Tiesą sakant, galios matavimo srityje yra daug iššūkių, su kuriais didelės spartos grandinių projektuotojai niekada neturi susidurti.
Visa skirstomoji įranga gali būti aukštos įtampos ir „plaukiojanti“, tai yra, neprijungta prie žemės. Pasikeis signalo impulso plotis, periodas, dažnis ir darbo ciklas. Bangos forma turi būti užfiksuota ir tiksliai išanalizuota, kad būtų galima rasti bet kokius bangos formos anomalijas. Tai reikalauja osciloskopo. Keli zondai – 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 labai skirtingomis amplitudėmis vienu gavimu.
Perjungimo maitinimo pagrindai
Daugumoje šiuolaikinių sistemų dominuojanti nuolatinės srovės maitinimo architektūra yra perjungimo maitinimo šaltinis (perjungimo maitinimo šaltinis), kuris yra gerai žinomas dėl savo gebėjimo efektyviai valdyti kintančias apkrovas. Įprasto perjungiamojo maitinimo šaltinio galios signalo kelias apima pasyviuosius komponentus, aktyvius komponentus ir magnetinius komponentus. Perjungiamieji maitinimo šaltiniai naudoja kuo mažiau nuostolingų komponentų (tokių kaip rezistoriai ir linijiniai tranzistoriai) ir daugiausia (idealiu atveju) be nuostolių: perjungiamuosius tranzistorius, kondensatorius ir magnetinius komponentus.
Perjungimo maitinimo įrangoje taip pat yra valdymo dalis, kurią sudaro impulsų pločio moduliavimo reguliatorius, impulsų dažnio moduliavimo reguliatorius ir grįžtamojo ryšio kilpa 1 bei kiti komponentai. 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 įrenginius, 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, yra labai efektyvūs ir skleidžia mažai šilumos, nesvarbu, ar jie įjungti, arba išjungti. Perjungimo įtaisai didžiąja dalimi lemia bendrą perjungiamojo maitinimo šaltinio veikimą. Pagrindiniai perjungimo įrenginių išmatavimai: perjungimo nuostoliai, vidutiniai galios nuostoliai, saugi veikimo zona ir kt.
