Metoden til måling af skiftende strømforsyning med digitalt oscilloskop
Strømforsyninger kommer i en bred vifte af typer og størrelser, fra traditionelle analoge strømforsyninger til højeffektive skiftende strømforsyninger. De skal alle møde et komplekst og dynamisk arbejdsmiljø. Udstyrsbelastninger og -krav kan ændre sig dramatisk på et øjeblik. Selv en "hverdags" skiftende strømforsyning kan modstå øjeblikkelige spidsbelastninger langt ud over dets gennemsnitlige driftsniveau. Ingeniører, der designer en strømforsyning eller en strømforsyning, der skal bruges i et system, skal forstå, hvordan strømforsyningen fungerer under statiske forhold såvel som værst tænkelige forhold.
Tidligere betød karakterisering af en strømforsynings adfærd måling af hvilestrøm og spænding med et digitalt multimeter og udførelse af omhyggelige beregninger med en lommeregner eller pc. I dag henvender de fleste ingeniører sig til oscilloskopet som deres foretrukne effektmålingsplatform. Moderne oscilloskoper kan udstyres med integreret effektmålings- og analysesoftware, hvilket forenkler opsætningen og gør dynamiske målinger nemmere. Brugere kan tilpasse nøgleparametre, automatisere beregninger og se resultater på få sekunder, ikke kun rådata.
Strømforsyningsdesignproblemer og deres målebehov
Ideelt set bør enhver strømforsyning opføre sig som den matematiske model, den er designet til. Men i den virkelige verden er komponenter defekte, belastninger kan variere, strømforsyninger kan blive forvrænget, og miljøændringer kan ændre ydeevnen. Ændring af ydeevne og omkostningskrav komplicerer også strømforsyningsdesign. Overvej disse spørgsmål:
Hvor mange watt kan strømforsyningen holde ud over dens nominelle effekt? Hvor længe kan det holde? Hvor meget varme afgiver strømforsyningen? Hvad sker der, når det overophedes? Hvor meget køleluft har den brug for? Hvad sker der, når belastningsstrømmen stiger markant? Kan enheden opretholde den nominelle udgangsspænding? Hvordan håndterer strømforsyningen en død kortslutning på udgangen? 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 effektmålinger
For dem, der er vant til at foretage målinger med høj båndbredde med et oscilloskop, kan strømforsyningsmålinger være ligetil på grund af deres relativt lave frekvenser. Faktisk er der mange udfordringer inden for effektmåling, som designere af højhastighedskredsløb aldrig skal stå over for.
Hele koblingsanlægget kan være højspændt og "flydende", det vil sige ikke forbundet til jord. Signalets pulsbredde, periode, frekvens og driftscyklus kan variere. Bølgeformer skal fanges og analyseres trofast for at detektere anomalier i bølgeformen. Dette er krævende for oscilloskopet. Flere sonder – Enkelt-ende, differential- og strømprober er påkrævet på samme tid. Instrumentet skal have en stor hukommelse for at give optageplads til langsigtede lavfrekvente optagelsesresultater. Og det kan være nødvendigt at fange forskellige signaler med vidt forskellige amplituder i én optagelse.
Grundlæggende omskiftning af strømforsyning
Den dominerende jævnstrømsarkitektur i de fleste moderne systemer er switching power supply (switching power supply), som er kendt for sin evne til at håndtere varierende belastninger effektivt. Strømsignalvejen for en typisk skiftende strømforsyning omfatter passive komponenter, aktive komponenter og magnetiske komponenter. Skiftende strømforsyninger bruger så få komponenter med tab som muligt (såsom modstande og lineære transistorer) og for det meste (ideelt set) tabsfrie komponenter: koblingstransistorer, kondensatorer og magnetik.
Skiftende strømforsyningsanordning har også en kontroldel, som omfatter en pulsbreddemodulationsregulator, en pulsfrekvensmodulationsregulator og en feedbacksløjfe 1 og andre komponenter. Styredelen kan have sin egen strømforsyning. Figur 1 er et forenklet skematisk diagram af en skiftende strømforsyning, der viser strømkonverteringssektionen, herunder aktive enheder, passive enheder og magnetiske komponenter.
Switching power supply-teknologi bruger strømhalvleder-switch-enheder såsom metaloxid-felteffekttransistorer (MOSFET'er) og isolerede gate bipolære transistorer (IGBT'er). Disse enheder har korte koblingstider og kan modstå uregelmæssige spændingsspidser. Lige så vigtigt, de bruger meget lidt strøm i både tændt og slukket tilstand, er yderst effektive og genererer lav varme. Omskiftningsenheder bestemmer i høj grad den overordnede ydeevne af en skiftende strømforsyning. Nøglemålinger på koblingsenheder omfatter: koblingstab, gennemsnitligt strømtab, sikkert driftsområde og andre.
