Metoden for måling av byttestrømforsyning med digitalt oscilloskop
Strømforsyninger kommer i en lang rekke typer og størrelser, fra tradisjonelle analoge strømforsyninger til høyeffektive byttestrømforsyninger. De må alle møte et komplekst og dynamisk arbeidsmiljø. Utstyrsbelastninger og krav kan endres dramatisk på et øyeblikk. Selv en "hverdagslig" svitsjende strømforsyning tåler øyeblikkelige topper godt utover det gjennomsnittlige driftsnivået. Ingeniører som designer en strømforsyning eller en strømforsyning som skal brukes i et system, må forstå hvordan strømforsyningen fungerer under statiske forhold, så vel som under verste forhold.
Tidligere betydde karakterisering av oppførselen til en strømforsyning å måle hvilestrøm og spenning med et digitalt multimeter og utføre møysommelige beregninger med en kalkulator eller PC. I dag bruker de fleste ingeniører oscilloskopet som deres foretrukne kraftmålingsplattform. Moderne oscilloskoper kan utstyres med integrert programvare for effektmåling og analyse, noe som forenkler oppsettet og gjør dynamiske målinger enklere. Brukere kan tilpasse nøkkelparametere, automatisere beregninger og se resultater på sekunder, ikke bare rådata.
Designproblemer med strømforsyning og deres målingsbehov
Ideelt sett bør hver strømforsyning oppføre seg som den matematiske modellen den er designet for. Men i den virkelige verden er komponentene defekte, belastningen kan variere, strømforsyningen kan bli forvrengt og miljøendringer kan endre ytelsen. Også endrede ytelses- og kostnadskrav kompliserer strømforsyningsdesign. Vurder disse spørsmålene:
Hvor mange watt tåler strømforsyningen utover den nominelle effekten? Hvor lenge kan det vare? Hvor mye varme avgir strømforsyningen? Hva skjer når den overopphetes? Hvor mye kjøleluft trenger den? Hva skjer når laststrømmen øker betydelig? Kan enheten opprettholde den nominelle utgangsspenningen? Hvordan takler strømforsyningen en død kortslutning på 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 kan gjøre det mulig for ingeniører å nå disse målene.
Oscilloskop og kraftmålinger
For de som er vant til å gjøre målinger med høy båndbredde med et oscilloskop, kan strømforsyningsmålinger være enkle på grunn av deres relativt lave frekvenser. Faktisk er det mange utfordringer innen effektmåling som designere av høyhastighetskretser aldri trenger å møte.
Hele bryteranlegget kan være høyspent og "flytende", det vil si ikke koblet til jord. Signalets pulsbredde, periode, frekvens og driftssyklus kan variere. Bølgeformer må fanges opp og analyseres trofast for å oppdage anomalier i bølgeformen. Dette er krevende for oscilloskopet. Flere sonder – Enkeltende, differensial- og strømprober kreves samtidig. Instrumentet må ha et stort minne for å gi opptaksplass for langsiktige lavfrekvente innhentingsresultater. Og det kan være nødvendig å fange opp forskjellige signaler med vidt forskjellige amplituder i én innsamling.
Grunnleggende om bytte av strømforsyning
Den dominerende likestrømsarkitekturen i de fleste moderne systemer er switching power supply (switching power supply), som er kjent for sin evne til å håndtere varierende belastninger effektivt. Strømsignalbanen til en typisk byttestrømforsyning inkluderer passive komponenter, aktive komponenter og magnetiske komponenter. Byttestrømforsyninger bruker så få komponenter med tap som mulig (som motstander og lineære transistorer) og for det meste (ideelt sett) tapsfrie komponenter: byttetransistorer, kondensatorer og magnetikk.
Svitsjestrømforsyningsanordningen har også en kontrolldel, som inkluderer en pulsbreddemodulasjonsregulator, en pulsfrekvensmodulasjonsregulator og en tilbakemeldingssløyfe 1 og andre komponenter. Styreseksjonen kan ha egen strømforsyning. Figur 1 er et forenklet skjematisk diagram av en svitsjingsstrømforsyning, som viser strømkonverteringsseksjonen, inkludert aktive enheter, passive enheter og magnetiske komponenter.
Switching power supply-teknologi bruker krafthalvledersvitsjeenheter som metalloksidfelteffekttransistorer (MOSFETs) og isolerte gate bipolare transistorer (IGBTs). Disse enhetene har korte koblingstider og tåler uregelmessige spenningstopper. Like viktig er at de bruker svært lite strøm både i av og på, er svært effektive og genererer lav varme. Bryterenheter bestemmer i stor grad den totale ytelsen til en svitsjingsstrømforsyning. Viktige målinger på svitsjeenheter inkluderer: svitsjetap, gjennomsnittlig strømtap, sikkert driftsområde og andre.
