DigitalOscilloskopMåling avBytte strømforsyninger
Strømforsyninger kommer i et bredt utvalg av typer og størrelser, fra tradisjonelle analoge strømforsyninger til svært effektive byttestrømforsyninger. De møter alle komplekse, dynamiske driftsmiljøer. Utstyrsbelastning og krav kan endres dramatisk på et øyeblikk. Selv "dag-til-dag" byttestrømforsyninger må være i stand til å tåle øyeblikkelige topper godt over det gjennomsnittlige driftsnivået. Ingeniører som designer strømforsyninger eller systemer som vilbruke strømforsyningertrenger å forstå hvordan strømforsyningen vil oppføre seg under statiske forhold, så vel som under værste forhold.
Tidligere betydde karakterisering av oppførselen til en strømforsyning å måle hvilestrømmer og spenninger med en digitalmultimeterog utføre møysommelige beregninger med en kalkulator eller PC. I dag tyr de fleste ingeniører til oscilloskop som deres foretrukne kraftmålingsplattform. Moderne oscilloskoper kan utstyres med integrert programvare for effektmåling og analyse, noe som forenkler oppsett og gjør dynamiske målinger enklere. Brukere kan tilpasse nøkkelparametere, automatisere beregninger og se resultater på sekunder, ikke bare rådata.
Strømforsyningsdesignproblemer og deres målebehov
Ideelt sett bør hver strømforsyning fungere som den matematiske modellen den ble designet for. Men i den virkelige verden,komponenterer defekte, belastninger endres, strømforsyninger kan bli forvrengt, og miljøendringer kan endre ytelsen. Også endrede ytelses- og kostnadskrav kompliserer strømforsyningsdesign. Vurder disse problemene:
Hvor mange watt tåler strømforsyningen utover den nominelle effekten? Hvor lenge varer det? Hvor mye varme avgir strømforsyningen? Hva skjer når den overopphetes? Hvor mye kjøleluft trenger den? Hva skjer når belastningsstrømmen øker dramatisk? Kan enheten opprettholde sin nominelle utgangsspenning? Hvordan vil strømforsyningen takle en fullstendig kortslutning ved utgangen? Hva skjer når inngangsspenningen til strømforsyningen endres?
Designere må utvikle strømforsyninger som tar mindre plass, reduserer varme, reduserer produksjonskostnader og oppfyller strengere EMI/EMC-standarder. Bare et strengt målesystem vil tillate ingeniører å nå disse målene.
Oscilloskop og kraftmåling
For de som er vant til høybåndbreddemålinger med oscilloskop, kan strømforsyningsmålinger være enkle på grunn av deres relativt lave frekvens. I virkeligheten er det mange utfordringer innen effektmålinger som høyhastighetskretsdesignere aldri trenger å møte.
Spenningen over bryterenheten kan være høy og "flytende", dvs. ikkegrunnfestet. Signalets pulsbredde, periode, frekvens og driftssyklus kan variere. Bølgeformer må fanges opp og analyseres for å oppdage anomalier. Dette er et krevende krav til oscilloskop. Flere prober - Enkeltende prober, differensialprober og strømprober er også nødvendig.Instrumentetmå ha et stort minne for å gi plass til å registrere resultater fra lange, lavfrekvente innsamlinger. Og det kan være nødvendig å fange opp forskjellige signaler med vidt varierende amplituder i en enkelt innsamling.
Grunnleggende om bytte av strømforsyning
Den dominerende likestrømsarkitekturen i de fleste moderne systemer er switching power supply (switch-mode power supply), som er velkjent for sin evne til å takle varierende belastninger effektivt. Den elektriske energisignalveien til en typisk byttestrømforsyning inkluderer passive enheter, aktive enheter og magnetiske komponenter. Bytte strømforsyninger bruker så få komponenter med tap som mulig (f.eks.motstanderog lineære transistorer) og primært bruker (ideelt sett) tapsfrie komponenter: byttetransistorer,kondensatorer, og magnetiske komponenter.
Utstyr for bytte av strømforsyning har også en kontrollseksjon som inkluderer komponenter som en pulsbreddemodulasjonsregulator for pulsfrekvensmodulasjon og en tilbakemeldingssløyfe1. Styreseksjonen kan ha egen strømforsyning. FIG. 1 er et forenklet skjema av en svitsjestrømforsyning som viser den elektriske energiomformingsseksjonen, som inkluderer aktive og passive komponenter så vel som magnetiske komponenter.
Switching power supply-teknologi bruker krafthalvledersvitsjeenheter som metalloksidfelteffekttransistorer (MOSFETs) med isolerte gate bipolare transistorer (IGBTs). Disse enhetene har korte koblingstider og tåler ustabile spenningstopper. Like viktig er at de bruker svært lite energi i enten på eller av-tilstand, noe som resulterer i høy effektivitet og lav varmeutvikling. Bryterenheter bestemmer i stor grad den totale ytelsen til en svitsjingsstrømforsyning. Viktige målinger av svitsjeenheter inkluderer: svitsjetap, gjennomsnittlig strømtap,sikkeroperasjonsområde og andre.
