Perjungiamojo maitinimo matavimo skaitmeniniu osciloskopu metodas
Maitinimo šaltiniai būna įvairių tipų ir dydžių – nuo tradicinių analoginio tipo maitinimo šaltinių iki didelio efektyvumo perjungiamųjų maitinimo šaltinių. Jie visi turi susidurti su sudėtinga ir dinamiška darbo aplinka. Įrangos apkrovos ir poreikiai gali labai pasikeisti akimirksniu. Netgi „kasdienis“ perjungimo maitinimo šaltinis gali atlaikyti trumpalaikius pikus, gerokai viršijančius jo vidutinį veikimo lygį. Inžinieriai, kurie projektuoja maitinimo šaltinį arba maitinimo šaltinį, kuris bus naudojamas sistemoje, turi suprasti, kaip maitinimo šaltinis veikia statinėmis ir blogiausiomis sąlygomis.
Anksčiau apibūdinti maitinimo šaltinio veikimą reikšdavo ramybės srovės ir įtampos matavimą skaitmeniniu multimetru ir kruopščius skaičiavimus skaičiuotuvu ar kompiuteriu. Šiandien dauguma inžinierių kreipiasi į osciloskopą kaip pageidaujamą galios matavimo platformą. Šiuolaikiniai osciloskopai gali būti aprūpinti integruota galios matavimo ir analizės programine įranga, todėl supaprastinama sąranka ir dinamiški matavimai. Vartotojai gali tinkinti pagrindinius parametrus, automatizuoti skaičiavimus ir per kelias sekundes matyti rezultatus, o ne tik neapdorotus duomenis.
Maitinimo šaltinio projektavimo problemos ir jų matavimo poreikiai
Idealiu atveju kiekvienas maitinimo šaltinis turėtų veikti kaip matematinis modelis, kuriam jis buvo sukurtas. Tačiau realiame pasaulyje komponentai yra sugedę, apkrovos gali skirtis, maitinimo šaltiniai gali būti iškraipyti, o aplinkos pokyčiai gali pakeisti veikimą. Be to, kintantys našumo ir sąnaudų reikalavimai apsunkina maitinimo šaltinio projektavimą. Apsvarstykite šiuos klausimus:
Kiek vatų maitinimo šaltinis gali išlaikyti daugiau nei vardinė galia? Kiek tai gali trukti? Kiek šilumos išsklaido maitinimo šaltinis? Kas atsitinka, kai jis perkaista? Kiek jam reikia aušinimo oro srauto? Kas atsitinka, kai apkrovos srovė žymiai padidėja? Ar prietaisas gali išlaikyti vardinę išėjimo įtampą? Kaip maitinimo šaltinis susidoroja su trumpuoju išėjimo trumpuoju? 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 nesudėtingi dėl santykinai žemų dažnių. 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. Signalo impulso plotis, periodas, dažnis ir darbo ciklas gali skirtis. Bangos formos turi būti fiksuojamos ir tiksliai išanalizuojamos, kad būtų galima aptikti bangos formos anomalijas. Tai reikalauja osciloskopo. Keli zondai – tuo pačiu metu reikalingi vieno galo, diferencialiniai 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 žinomas dėl savo gebėjimo efektyviai valdyti įvairias 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 dažniausiai (idealiu atveju) be nuostolių komponentus: perjungimo tranzistorius, kondensatorius ir magnetus.
Perjungimo maitinimo įtaisas taip pat turi valdymo dalį, 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 sekcija, 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 nepastovus įtampos šuolius. Taip pat svarbu, kad jie sunaudoja labai mažai energijos tiek įjungtoje, tiek išjungtoje būsenoje, yra labai efektyvūs ir generuoja mažai šilumos. Perjungimo įtaisai daugiausia lemia bendrą perjungiamojo maitinimo šaltinio veikimą. Pagrindiniai perjungimo įrenginių matavimai apima: perjungimo nuostolius, vidutinius galios nuostolius, saugią veikimo sritį ir kt.
