DigitalOscilloskopMåling afSkift af strømforsyninger
Strømforsyninger kommer i en bred vifte af typer og størrelser, fra traditionelle analoge strømforsyninger til højeffektive skiftende strømforsyninger. De står alle over for komplekse, dynamiske driftsmiljøer. Udstyrsbelastninger og krav kan ændre sig dramatisk på et øjeblik. Selv "dag-til-dag" skiftende strømforsyninger skal være i stand til at modstå øjeblikkelige spidsbelastninger langt over deres gennemsnitlige driftsniveau. Ingeniører, der designer strømforsyninger eller systemer, der vilbruge strømforsyningerbehov for at forstå, hvordan strømforsyningen vil opføre sig under statiske forhold såvel som under værst tænkelige forhold.
Tidligere betød karakterisering af en strømforsynings opførsel måling af hvilestrømme og spændinger med en digitalmultimeterog udføre omhyggelige beregninger med en lommeregner eller pc. I dag henvender de fleste ingeniører sig til oscilloskoper som deres foretrukne effektmålingsplatform. Moderne oscilloskoper kan udstyres med integreret effektmålings- og analysesoftware, der forenkler opsætningen og gør dynamiske målinger nemmere. Brugere kan tilpasse nøgleparametre, automatisere beregninger og se resultater på få sekunder, ikke kun rådata.
Problemer med strømforsyningsdesign og deres målebehov
Ideelt set skulle enhver strømforsyning fungere som den matematiske model, den er designet til. Men i den virkelige verden,komponenterer defekte, belastninger ændrer sig, strømforsyninger kan blive forvrænget, og miljøændringer kan ændre ydeevnen. Ændring af ydeevne og omkostningskrav komplicerer også strømforsyningsdesign. Overvej disse problemer:
Hvor mange watt kan strømforsyningen holde ud over dens nominelle effekt? Hvor længe varer det? Hvor meget varme afgiver strømforsyningen? Hvad sker der, når det overophedes? Hvor meget køleluft kræver det? Hvad sker der, når belastningsstrømmen stiger dramatisk? Kan enheden opretholde sin nominelle udgangsspænding? Hvordan vil strømforsyningen klare en fuldstændig kortslutning ved udgangen? Hvad sker der, når indgangsspændingen til strømforsyningen ændres?
Designere skal udvikle strømforsyninger, der fylder mindre, reducerer varme, reducerer produktionsomkostninger og opfylder strengere EMI/EMC-standarder. Kun et strengt målesystem vil give ingeniører mulighed for at nå disse mål.
Oscilloskoper og effektmåling
For dem, der er vant til måling af høj båndbredde med oscilloskoper, kan strømforsyningsmålinger være enkle på grund af deres relativt lave frekvens. I virkeligheden er der mange udfordringer i effektmålinger, som højhastighedskredsløbsdesignere aldrig skal stå over for.
Spændingen over koblingsanordningen kan være høj og "svævende", dvs. ikkejordet. Signalets pulsbredde, periode, frekvens og driftscyklus kan variere. Bølgeformer skal fanges og analyseres for at detektere anomalier. Dette er et krævende krav til oscilloskoper. Flere prober - Enkelt-endede prober, differentielle prober og strømprober er også påkrævet.Instrumentetskal have en stor hukommelse for at give plads til at registrere resultater fra lange, lavfrekvente optagelser. Og det kan være nødvendigt at fange forskellige signaler med vidt varierende amplituder i en enkelt optagelse.
Grundlæggende omskiftning af strømforsyning
Den dominerende jævnstrømsarkitektur i de fleste moderne systemer er switching power supply (switched-mode power supply), som er velkendt for sin evne til effektivt at klare varierende belastninger. Den elektriske energisignalvej for en typisk skiftende strømforsyning inkluderer passive enheder, aktive enheder og magnetiske komponenter. Skiftende strømforsyninger bruger så få komponenter med tab som muligt (f.eks.modstandeog lineære transistorer) og primært bruger (ideelt set) tabsfrie komponenter: switching transistorer,kondensatorerog magnetiske komponenter.
Skiftende strømforsyningsudstyr har også en kontrolsektion, som omfatter komponenter såsom en pulsbreddemodulationsregulator pulsfrekvensmodulationsregulator og en feedbackloop1. Styringsdelen kan have sin egen strømforsyning. FIG. 1 er et forenklet skema af en skiftende strømforsyning, der viser den elektriske energiomdannelsessektion, som omfatter aktive og passive komponenter såvel som magnetiske komponenter.
Switching power supply-teknologi bruger strømhalvleder-switch-enheder såsom metaloxid-felteffekttransistorer (MOSFET'er) med isolerede gate bipolære transistorer (IGBT'er). Disse enheder har korte koblingstider og kan modstå ustabile spændingsspidser. Lige så vigtigt er det, at de bruger meget lidt energi i enten tændt eller slukket tilstand, hvilket resulterer i høj effektivitet og lav varmeudvikling. Omskiftningsenheder bestemmer i høj grad den overordnede ydeevne af en skiftende strømforsyning. Nøglemålinger af koblingsenheder omfatter: koblingstab, gennemsnitligt strømtab,sikkerdriftsområde og andre.
