Kako izmjeriti gubitak snage prekidačkog napajanja digitalnim osciloskopom
Nova arhitektura SMPS:Switch Mode PowerSupply) treba osigurati visoku struju i niski napon procesorima s velikom brzinom podataka i GHz klasom, što dodaje nevidljivi novi pritisak na dizajnere energetskih uređaja u smislu učinkovitosti, gustoće snage, pouzdanosti i cijene. Kako bi se ovi zahtjevi uzeli u obzir u dizajnu, dizajneri su usvojili nove arhitekture kao što su tehnologija sinkronog ispravljanja, korekcija filtera aktivne snage i povećanje frekvencije prebacivanja. Ove tehnologije također donose neke veće izazove, kao što su veliki gubici snage, rasipanje topline i prekomjerni EMI/EMC na sklopnim uređajima.
Tijekom prijelaza iz stanja "off" (uključeno) u "on" (isključeno) stanje, uređaj za napajanje će imati veliku potrošnju energije. (Međutim, gubitak snage sklopnih uređaja u "uključenom" ili "isključenom" stanju je manji, jer je struja kroz uređaj ili napon na uređaju vrlo mali). Induktori i transformatori mogu izolirati izlazni napon i izjednačiti struju opterećenja. Induktori i transformatori također su osjetljivi na frekvenciju prebacivanja, što dovodi do rasipanja snage i povremenih kvarova zbog zasićenja.
Budući da snaga rasipana u sklopnom uređaju za napajanje određuje ukupnu učinkovitost toplinskog učinka napajanja, vrlo je važno izmjeriti gubitak snage sklopnog uređaja i induktora/transformatora. Ovo mjerenje može odrediti učinkovitost energije i rasipanje topline.
Mjerenje i analiza gubitaka snage
1. Ispitni uređaj potreban za mjerenje gubitka snage
Pojednostavljeni sklop sklopke transformacije. MOSFET tranzistor s efektom polja kontrolira struju pod pobudom takta od 40 kHz. MOSFET nije spojen na uzemljenje AC napajanja ili uzemljenje izlaza kruga, to jest, izoliran je od uzemljenja. Stoga je nemoguće jednostavno izmjeriti referentni napon uzemljenja osciloskopom, jer ako je žica za uzemljenje sonde spojena na bilo koji terminal MOSFET-a, točka će biti u kratkom spoju s masom kroz osciloskop.
U ovom slučaju, diferencijalno mjerenje dobar je način za mjerenje valnog oblika napona M0SFET-a. Diferencijalnim mjerenjem možete izmjeriti VDS, odnosno napon na odvodnom terminalu i izvornom terminalu MOSFET-a. VDS može lebdjeti iznad napona, a raspon napona može biti od desetaka volti do stotina volti, ovisno o rasponu napona uređaja za napajanje. VDS možete mjeriti na nekoliko načina:
Žica za uzemljenje šasije ovjesnog osciloskopa. Preporuča se ne koristiti ga jer je izuzetno štetan za korisnika, uređaj koji se testira i osciloskop.
Dvije konvencionalne jednostrane pasivne sonde koriste se za međusobno spajanje žica za uzemljenje, a zatim se za mjerenje koristi funkcija proračuna kanala osciloskopa. Ova metoda mjerenja naziva se kvazidiferencijalno mjerenje. Međutim, iako se pasivna sonda može koristiti u kombinaciji s pojačalom osciloskopa, nedostaje joj funkcija "omjera odbijanja uobičajenog načina" (CMRR) koji može ispravno blokirati bilo koji napon zajedničkog načina rada. Ova postavka ne može točno izmjeriti napon, ali se može koristiti postojeća sonda.
Upotrijebite izolator sonde koji je dostupan u trgovini za izolaciju kućišta osciloskopa od zemlje. Žica za uzemljenje sonde više neće biti glavni potencijal uzemljenja, a sonda se može izravno spojiti na ispitnu točku. Izolator sonde je učinkovito rješenje, ali je skup, a cijena mu je dva do pet puta veća od cijene diferencijalne sonde.
Korištenje prave diferencijalne sonde na širokopojasnom osciloskopu. VDS možete izmjeriti pomoću diferencijalne sonde, što je također dobra metoda.
Kod mjerenja struje kroz MOSFET, prvo pričvrstite strujnu sondu, a zatim fino podesite mjerni sustav. Mnoge diferencijalne sonde opremljene su ugrađenim kondenzatorima za podešavanje istosmjernog pomaka. Isključite testiranu opremu, a nakon što se osciloskop i sonda potpuno zagriju, možete podesiti prosječnu vrijednost valnih oblika napona i struje mjerenih osciloskopom. Postavka osjetljivosti treba koristiti vrijednosti korištene u stvarnom mjerenju. U nedostatku signala, podesite kondenzator za podešavanje kako biste prilagodili nulti prosjek svakog valnog oblika na 0 V. Ovaj korak može uvelike smanjiti pogrešku mjerenja uzrokovanu statičkim naponom i strujom u mjernom sustavu.
