Metode til måling af skiftende strømforsyning med digitalt oscilloskop
Fra traditionelle analoge strømforsyninger til effektive skiftende strømforsyninger varierer typerne og størrelserne af strømforsyninger meget. De står alle over for komplekse og dynamiske arbejdsmiljøer. Udstyrets belastning og efterspørgsel kan undergå betydelige ændringer på et øjeblik. Selv en "daglig" skiftende strømforsyning skal kunne modstå øjeblikkelige spidsbelastninger, der langt overstiger dens gennemsnitlige driftsniveau. Ingeniører, der designer strømforsyninger eller systemer til at bruge strømforsyninger, skal forstå strømforsyningens arbejdsforhold under statiske og værst tænkelige forhold.
Tidligere betød beskrivelse af strømkilders adfærdsmæssige egenskaber at bruge et digitalt multimeter til at måle statisk strøm og spænding og udføre besværlige beregninger ved hjælp af 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, hvilket forenkler opsætningen og gør dynamisk måling lettere. Brugere kan tilpasse nøgleparametre, beregne automatisk og se resultater inden for få sekunder i stedet for blot rådata.
Strømforsyningsdesignproblemer og målekrav
Ideelt set bør hver strømforsyning fungere som den matematiske model designet til den. Men i den virkelige verden er komponenter defekte, belastninger kan ændre sig, strømforsyningen kan være forvrænget, og miljøændringer kan ændre ydeevnen. Desuden gør konstant skiftende ydeevne- og omkostningskrav også strømforsyningsdesign mere komplekst. Overvej disse problemer:
Hvor mange watt strøm kan strømforsyningen opretholde ud over dens nominelle effekt? Hvor længe kan det holde? Hvor meget varme afgiver strømforsyningen? Hvad sker der, når det overophedes? Hvor meget køleluft kræver det? Hvad sker der, når belastningsstrømmen stiger markant? Kan enheden bevare sin nominelle udgangsspænding? Hvordan reagerer strømforsyningen på en fuldstændig kortslutning i udgangsenden? Hvad sker der, når strømforsyningens indgangsspænding ændres?
Designere skal udvikle strømforsyninger, der fylder mindre, reducerer varme, reducerer produktionsomkostninger og opfylder strengere EMI/EMC-standarder. Kun et strengt målesystem kan sætte ingeniører i stand til at nå disse mål.
Oscilloskop og strømforsyningsmåling
For dem, der er vant til at bruge et oscilloskop til målinger med høj båndbredde, kan effektmåling være enkel, fordi dens frekvens er relativt lav. Faktisk er der også mange udfordringer, som højhastighedskredsløbsdesignere aldrig skal stå over for i effektmåling.
Spændingen i hele koblingsudstyret kan være høj og flydende, hvilket betyder, at den ikke er jordet. Signalets pulsbredde, periode, frekvens og driftscyklus vil alle variere. Det er nødvendigt at fange og analysere bølgeformen sandfærdigt og opdage eventuelle abnormiteter i bølgeformen. Kravene til oscilloskoper er krævende. Flere prober - kræver samtidig enkelt-endede prober, differentielle prober og strømprober. Instrumentet skal have en stor hukommelse for at give optageplads til langsigtede lavfrekvente optagelsesresultater. Og det kan kræve, at man opfanger forskellige signaler med betydelige amplitudeforskelle i én opsamling.
Grundlæggende om at skifte strømforsyning
Den almindelige DC-strømforsyningsarkitektur i de fleste moderne systemer er en switching power supply (SMPS), som er kendt for sin evne til effektivt at klare skiftende belastninger. Den elektriske signalvej for en typisk skiftende strømforsyning omfatter passive komponenter, aktive komponenter og magnetiske komponenter. Skiftende strømforsyninger bør minimere brugen af komponenter med tab, såsom modstande og lineære transistorer, og hovedsagelig bruge (ideelt set) tabsfrie komponenter såsom koblingstransistorer, kondensatorer og magnetiske komponenter.
Skiftende strømforsyningsanordning har også en kontroldel, som omfatter komponenter såsom pulsbreddemodulationsregulator, pulsfrekvensmodulationsregulator og feedbacksløjfe 1. Styresektionen kan have sin egen strømforsyning. Figur 1 er et forenklet skematisk diagram af en skiftende strømforsyning, som viser strømkonverteringsdelen, herunder aktive enheder, passive enheder og magnetiske komponenter.
Switching power supply-teknologi bruger effekthalvleder-switch-enheder såsom metaloxid-felteffekttransistorer (MOSFET'er) og isolerede gate bipolære transistorer (IGBT'er). Disse enheder har en kort koblingstid og kan modstå ustabile spændingsspidser. Lige så vigtigt, de bruger meget lidt energi i både åben og lukket tilstand, med høj effektivitet og lav varmeudvikling. Omskiftningsenheder bestemmer i høj grad den overordnede ydeevne af skiftende strømforsyninger. De vigtigste målinger af koblingsenheder inkluderer: koblingstab, gennemsnitligt strømtab, sikkert arbejdsområde og andre.
