Metoden för att mäta switchande strömförsörjning med digitalt oscilloskop
Strömförsörjning finns i en mängd olika typer och storlekar, från traditionella nätaggregat av analog typ till högeffektiva strömförsörjningsaggregat. De måste alla möta en komplex och dynamisk arbetsmiljö. Utrustningsbelastningar och krav kan förändras dramatiskt på ett ögonblick. Även en "vardaglig" switchande strömförsörjning kan motstå momentana toppar långt över sin genomsnittliga driftsnivå. Ingenjörer som designar en strömförsörjning eller en strömförsörjning som ska användas i ett system måste förstå hur strömförsörjningen fungerar under statiska förhållanden såväl som i värsta fall.
Tidigare innebar att karakterisera ett nätaggregats beteende att mäta viloström och spänning med en digital multimeter och utföra noggranna beräkningar med en miniräknare eller PC. Idag vänder sig de flesta ingenjörer till oscilloskopet som sin föredragna effektmätningsplattform. Moderna oscilloskop kan utrustas med integrerad mjukvara för effektmätning och analys, vilket förenklar installationen och gör dynamiska mätningar enklare. Användare kan anpassa nyckelparametrar, automatisera beräkningar och se resultat på några sekunder, inte bara rådata.
Designproblem med strömförsörjning och deras mätningsbehov
Helst bör varje strömförsörjning bete sig som den matematiska modellen den var designad för. Men i den verkliga världen är komponenter defekta, belastningar kan variera, strömförsörjning kan förvrängas och miljöförändringar kan förändra prestandan. Ändrade prestanda- och kostnadskrav komplicerar också designen av strömförsörjningen. Tänk på dessa frågor:
Hur många watt kan strömförsörjningen hålla utöver dess märkeffekt? Hur länge kan det pågå? Hur mycket värme avleder strömförsörjningen? Vad händer när den överhettas? Hur mycket kylluft behöver den? Vad händer när belastningsströmmen ökar markant? Kan enheten bibehålla den nominella utspänningen? Hur hanterar nätaggregatet en död kortslutning på utgången? 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 rigoröst mätsystem kan göra det möjligt för ingenjörer att uppnå dessa mål.
Oscilloskop och effektmätningar
För dem som är vana vid att göra mätningar med hög bandbredd med ett oscilloskop kan mätningar av strömförsörjningen vara enkla på grund av deras relativt låga frekvenser. Faktum är att det finns många utmaningar inom effektmätning som designers av höghastighetskretsar aldrig behöver möta.
Hela ställverket kan vara högspänning och "flytande", det vill säga inte anslutet till jord. Signalens pulsbredd, period, frekvens och arbetscykel kan variera. Vågformer måste fångas in och analyseras troget för att upptäcka anomalier i vågformen. Detta är krävande för oscilloskopet. Flera sonder – Enkeländade, differential- och strömsonder krävs samtidigt. Instrumentet måste ha ett stort minne för att ge inspelningsutrymme för långsiktiga lågfrekventa insamlingsresultat. Och det kan krävas att fånga olika signaler med vitt skilda amplituder i en insamling.
Grundläggande om strömförsörjning
Den dominerande likströmsarkitekturen i de flesta moderna system är switching power supply (switching power supply), som är känt för sin förmåga att hantera varierande belastningar effektivt. Effektsignalvägen för en typisk strömförsörjning inkluderar passiva komponenter, aktiva komponenter och magnetiska komponenter. Switchande nätaggregat använder så få förlustbringande komponenter som möjligt (som motstånd och linjära transistorer) och oftast (helst) förlustfria komponenter: switchande transistorer, kondensatorer och magneter.
Den omkopplande kraftförsörjningsanordningen har också en styrdel, som inkluderar en pulsbreddsmoduleringsregulator, en pulsfrekvensmoduleringsregulator och en återkopplingsslinga 1 och andra komponenter. Styrsektionen kan ha en egen strömförsörjning. Figur 1 är ett förenklat schematiskt diagram över en omkopplande strömförsörjning, som visar effektomvandlingssektionen, inklusive aktiva enheter, passiva enheter och magnetiska komponenter.
Switchande strömförsörjningsteknik använder krafthalvledaromkopplingsenheter såsom metalloxidfälteffekttransistorer (MOSFET) och bipolära transistorer med isolerad grind (IGBT). Dessa enheter har korta kopplingstider och tål oregelbundna spänningsspikar. Lika viktigt är att de förbrukar väldigt lite ström i både på och av, är mycket effektiva och genererar låg värme. Omkopplingsanordningar bestämmer till stor del den övergripande prestandan hos en strömförsörjning. Viktiga mätningar på växlingsenheter inkluderar: kopplingsförlust, genomsnittlig strömförlust, säkert arbetsområde och andra.
