цифровийОсцилографВимірюванняІмпульсні джерела живлення
Джерела живлення бувають різних типів і розмірів, від традиційних аналогових джерел живлення до високоефективних імпульсних джерел живлення. Усі вони стикаються зі складними динамічними робочими середовищами. Навантаження на обладнання та вимоги можуть різко змінитися в одну мить. Навіть «повсякденні» імпульсні джерела живлення повинні бути здатними витримувати миттєві піки, що значно перевищують їхній середній робочий рівень. Інженери, що проектують джерела живлення або системи, які будутьвикористовувати джерела живленнянеобхідно розуміти, як поводитиметься джерело живлення в статичних умовах, а також у найгірших умовах.
У минулому характеристика поведінки джерела живлення означала вимірювання струмів спокою та напруги цифровиммультиметрі виконання кропітких обчислень за допомогою калькулятора або ПК. Сьогодні більшість інженерів використовують осцилографи як платформу для вимірювання потужності. Сучасні осцилографи можуть бути оснащені вбудованим програмним забезпеченням для вимірювання та аналізу потужності, що спрощує налаштування та робить динамічні вимірювання легшими. Користувачі можуть налаштувати ключові параметри, автоматизувати обчислення та побачити результати за лічені секунди, а не лише вихідні дані.
Проблеми проектування джерела живлення та потреби в їх вимірюванні
В ідеалі кожен блок живлення має працювати як математична модель, для якої він розроблений. Але в реальному світі,компонентимають недоліки, змінюються навантаження, джерела живлення можуть бути спотворені, а зміни навколишнього середовища можуть змінити продуктивність. Крім того, зміна вимог до продуктивності та вартості ускладнює конструкцію джерела живлення. Розглянемо ці питання:
Скільки ват може витримати блок живлення понад номінальну потужність? Як довго це триває? Скільки тепла виділяє блок живлення? Що відбувається, коли він перегрівається? Який потік охолоджуючого повітря для цього потрібен? Що відбувається, коли струм навантаження різко зростає? Чи може пристрій підтримувати номінальну вихідну напругу? Як блок живлення впорається з повним замиканням на виході? Що відбувається, коли змінюється вхідна напруга джерела живлення?
Розробники повинні розробляти джерела живлення, які займають менше місця, зменшують тепло, скорочують витрати на виробництво та відповідають суворішим стандартам EMI/EMC. Тільки сувора система вимірювань дозволить інженерам досягти цих цілей.
Осцилографи та вимірювання потужності
Для тих, хто звик до вимірювань у високій смузі пропускання за допомогою осцилографів, вимірювання джерела живлення може бути простим через їх відносно низьку частоту. Насправді існує багато проблем у вимірюванні потужності, з якими ніколи не доведеться стикатися розробникам високошвидкісних схем.
Напруга на комутаційному пристрої може бути високим і «плаваючим», тобто нізаземлений. Ширина імпульсу, період, частота та шпаруватість сигналу можуть змінюватися. Для виявлення аномалій сигнали повинні бути захоплені та проаналізовані. Це сувора вимога до осцилографів. Кілька датчиків – також потрібні односторонні датчики, диференціальні датчики та датчики струму.Інструментповинен мати великий обсяг пам’яті, щоб забезпечити місце для запису результатів довгих низькочастотних зборів. І може знадобитися захопити різні сигнали з різними амплітудами за один прийом.
Основи імпульсного джерела живлення
Домінуючою архітектурою живлення постійного струму в більшості сучасних систем є імпульсне джерело живлення (імпульсне джерело живлення), яке добре відоме своєю здатністю ефективно справлятися зі змінними навантаженнями. Шлях сигналу електричної енергії типового імпульсного джерела живлення включає пасивні пристрої, активні пристрої та магнітні компоненти. Імпульсні джерела живлення використовують якомога менше компонентів із втратами (наприклад,резисториі лінійні транзистори) і переважно використовувати (в ідеалі) компоненти без втрат: перемикаючі транзистори,конденсатори, і магнітні компоненти.
Обладнання імпульсного джерела живлення також має секцію керування, яка включає такі компоненти, як регулятор широтно-імпульсної модуляції, регулятор частотно-імпульсної модуляції та контур зворотного зв’язку1. Секція управління може мати власне джерело живлення. ФІГ. 1 є спрощеною схемою імпульсного джерела живлення, що показує секцію перетворення електричної енергії, яка включає активні та пасивні компоненти, а також магнітні компоненти.
Технологія імпульсного джерела живлення використовує силові напівпровідникові комутаційні пристрої, такі як металооксидні польові транзистори (MOSFET) з біполярними транзисторами з ізольованим затвором (IGBT). Ці пристрої мають короткий час перемикання і можуть витримувати нестабільні стрибки напруги. Не менш важливо, що вони споживають дуже мало енергії як увімкнено, так і вимкнено, що забезпечує високу ефективність і низьке тепловиділення. Комутаційні пристрої значною мірою визначають загальну продуктивність імпульсного джерела живлення. Ключові вимірювання комутаційних пристроїв включають: комутаційні втрати, середні втрати потужності,безпечнийопераційна зона та інші.
