Metod för att mäta switchande strömförsörjning med digitalt oscilloskop
Från traditionella analoga strömförsörjningsenheter till effektiva strömförsörjningsenheter varierar typerna och storlekarna av strömförsörjning kraftigt. De möter alla komplexa och dynamiska arbetsmiljöer. Utrustningsbelastningen och efterfrågan kan genomgå betydande förändringar på ett ögonblick. Även en "daglig" switchande strömförsörjning måste klara av momentana toppar som vida överstiger dess genomsnittliga driftsnivå. Ingenjörer som designar nätaggregat eller system för att använda strömförsörjning måste förstå arbetsförhållandena för strömförsörjningen under statiska och värsta förhållanden.
Tidigare innebar att beskriva strömkällors beteendeegenskaper att använda en digital multimeter för att mäta statisk ström och spänning, och att utföra mödosamma beräkningar med hjälp av en miniräknare eller PC. Idag vänder sig de flesta ingenjörer till oscilloskop som sin föredragna effektmätningsplattform. Moderna oscilloskop kan utrustas med integrerad mjukvara för effektmätning och analys, vilket förenklar installationen och gör dynamisk mätning enklare. Användare kan anpassa nyckelparametrar, beräkna automatiskt och se resultat inom några sekunder, snarare än bara rådata.
Strömförsörjningsdesignfrågor och mätkrav
Helst bör varje strömförsörjning fungera som den matematiska modellen som är designad för den. Men i den verkliga världen är komponenterna felaktiga, belastningar kan ändras, strömförsörjningen kan vara förvrängd och miljöförändringar kan förändra prestandan. Dessutom gör ständigt förändrade prestanda- och kostnadskrav också strömförsörjningsdesignen mer komplex. Tänk på dessa frågor:
Hur många watt effekt kan strömförsörjningen bibehålla utöver dess märkeffekt? Hur länge kan det pågå? Hur mycket värme avger strömförsörjningen? Vad händer när den överhettas? Hur mycket kylluftsflöde kräver det? Vad händer när belastningsströmmen ökar markant? Kan enheten behålla sin nominella utspänning? Hur reagerar nätaggregatet på en fullständig kortslutning i utgångsänden? Vad händer när strömförsörjningens inspänning ändras?
Designers måste utveckla nätaggregat som tar mindre plats, minskar värmen, minskar tillverkningskostnaderna och uppfyller strängare EMI/EMC-standarder. Endast ett strikt mätsystem kan göra det möjligt för ingenjörer att uppnå dessa mål.
Oscilloskop och strömförsörjningsmätning
För dem som är vana vid att använda ett oscilloskop för mätningar med hög bandbredd kan effektmätning vara enkel eftersom dess frekvens är relativt låg. Faktum är att det också finns många utmaningar som designers av höghastighetskretsar aldrig behöver möta vid effektmätning.
Spänningen i hela ställverket kan vara hög och flytande, vilket betyder att den inte är jordad. Signalens pulsbredd, period, frekvens och arbetscykel kommer alla att variera. Det är nödvändigt att fånga och analysera vågformen sanningsenligt och upptäcka eventuella avvikelser i vågformen. Kraven på oscilloskop är höga. Flera sönder - kräver samtidigt enkeländade sönder, differentialsonder och strömsonder. Instrumentet måste ha ett stort minne för att ge inspelningsutrymme för långsiktiga lågfrekventa insamlingsresultat. Och det kan kräva infångning av olika signaler med betydande amplitudskillnader i ett förvärv.
Grunderna för att byta strömförsörjning
Den vanliga likströmsförsörjningsarkitekturen i de flesta moderna system är en switching power supply (SMPS), som är välkänd för sin förmåga att effektivt hantera förändrade belastningar. Den elektriska signalvägen för en typisk strömförsörjning inkluderar passiva komponenter, aktiva komponenter och magnetiska komponenter. Switchande strömförsörjning bör minimera användningen av förlustbringande komponenter såsom motstånd och linjära transistorer, och huvudsakligen använda (helst) förlustfria komponenter såsom switchande transistorer, kondensatorer och magnetiska komponenter.
Den omkopplande strömförsörjningsanordningen har också en styrdel, som inkluderar komponenter såsom pulsbreddsmoduleringsregulator, pulsfrekvensmoduleringsregulator och återkopplingsslinga 1. Styrsektionen kan ha sin egen strömförsörjning. Figur 1 är ett förenklat schematiskt diagram av en omkopplande strömförsörjning, som visar effektomvandlingsdelen, inklusive aktiva enheter, passiva enheter och magnetiska komponenter.
Switchande strömförsörjningsteknik använder krafthalvledaromkopplingsanordningar såsom metalloxidfälteffekttransistorer (MOSFET) och bipolära transistorer med isolerad grind (IGBT). Dessa enheter har kort kopplingstid och tål instabila spänningsspikar. Lika viktigt är att de förbrukar mycket lite energi i både öppet och stängt tillstånd, med hög effektivitet och låg värmealstring. Omkopplingsanordningar bestämmer till stor del den totala prestandan för omkoppling av strömförsörjning. De viktigaste mätningarna av växlingsenheter inkluderar: kopplingsförlust, genomsnittlig strömförlust, säkert arbetsområde och andra.
