Korištenje digitalnog osciloskopa za mjerenje prekidačkog napajanja
Napajanja dolaze u velikom izboru tipova i veličina, od tradicionalnih analognih napajanja do visokoučinkovitih prekidačkih izvora napajanja. Svi se suočavaju sa složenim i dinamičnim radnim okruženjima. Opterećenja i zahtjevi opreme mogu se značajno promijeniti u trenu. Čak i "svakodnevna" sklopna napajanja moraju moći izdržati trenutne vršne napore koji daleko premašuju njihove prosječne radne razine. Inženjeri koji projektiraju izvore napajanja ili sustave koji će koristiti izvore napajanja moraju razumjeti kako napajanje radi u statičkim uvjetima, kao iu najgorim uvjetima.
U prošlosti je karakteriziranje ponašanja izvora napajanja značilo mjerenje struje mirovanja i napona digitalnim multimetrom i izvođenje mukotrpnih izračuna pomoću kalkulatora ili računala. Danas se većina inženjera okreće osciloskopima kao preferiranoj platformi za mjerenje snage. Moderni osciloskopi mogu biti opremljeni integriranim softverom za mjerenje i analizu snage, što pojednostavljuje postavljanje i čini dinamička mjerenja lakšim. Korisnici mogu prilagoditi ključne parametre, automatizirati izračune i vidjeti rezultate u sekundi, a ne samo neobrađene podatke.
Pitanja dizajna napajanja i njihovi mjerni zahtjevi
U idealnom slučaju, svaki izvor napajanja trebao bi se ponašati kao matematički model za koji je dizajniran. Ali u stvarnom svijetu, komponente su neispravne, opterećenja se mogu promijeniti, napajanje može iskriviti, a promjene u okruženju mogu promijeniti performanse. Štoviše, promjenjivi zahtjevi za performansama i troškovima također čine dizajn napajanja složenijim. Razmotrite ova pitanja:
Koliko vata snage može izdržati napajanje izvan svoje nazivne snage? Koliko može trajati? Koliko topline rasipa napajanje? Što se događa kada se pregrije? Koliki protok zraka za hlađenje zahtijeva? Što se događa kada se struja opterećenja znatno poveća? Može li uređaj održati nazivni izlazni napon? Kako napajanje reagira na potpuni kratki spoj na izlazu? Što se događa kada se ulazni napon napajanja promijeni?
Dizajneri moraju razviti napajanja koja zauzimaju manje prostora, smanjuju toplinu, smanjuju troškove proizvodnje i zadovoljavaju strože EMI/EMC standarde. Samo rigorozan sustav mjerenja može omogućiti inženjerima postizanje ovih ciljeva.
Osciloskop i mjerenje snage
Za one koji su navikli na mjerenja velike propusnosti s osciloskopom, mjerenja napajanja mogu biti jednostavna zbog njihove relativno niske frekvencije. Zapravo, postoje mnogi izazovi u mjerenju snage s kojima se dizajneri brzih sklopova nikada ne moraju suočiti.
Cijeli razvodni uređaj može biti pod visokim naponom i "plutati", odnosno nije spojen na masu. Širina impulsa, period, frekvencija i radni ciklus signala će se promijeniti. Valni oblik mora se uhvatiti i vjerno analizirati kako bi se pronašle bilo kakve anomalije u valnom obliku. Ovo je zahtjevno za osciloskop. Više sondi – potrebne su jednostrane sonde, diferencijalne sonde i strujne sonde. Instrument mora imati veliku memoriju kako bi osigurao prostor za snimanje dugoročnih rezultata niskofrekventne akvizicije. I može biti potrebno uhvatiti različite signale s vrlo različitim amplitudama u jednom akviziciji.
Osnove sklopnog napajanja
Dominantna arhitektura istosmjernog napajanja u većini modernih sustava je prekidačko napajanje (preklopno napajanje), koje je dobro poznato po svojoj sposobnosti da učinkovito nosi s promjenjivim opterećenjima. Put signala napajanja tipičnog prekidačkog napajanja uključuje pasivne komponente, aktivne komponente i magnetske komponente. Prekidački izvori napajanja koriste što je moguće manje komponenti s gubicima (kao što su otpornici i linearni tranzistori) i uglavnom koriste (idealno) komponente bez gubitaka: preklopne tranzistore, kondenzatore i magnetske komponente.
Preklopna oprema za napajanje također ima upravljački dio, koji uključuje regulator širinsko-impulsne modulacije, regulator frekvencijske modulacije impulsa, povratnu petlju 1 i druge komponente. Upravljački dio može imati vlastito napajanje. Slika 1 je pojednostavljeni shematski dijagram prekidačkog napajanja, koji prikazuje dio za pretvorbu snage, uključujući aktivne uređaje, pasivne uređaje i magnetske komponente.
Tehnologija sklopnog napajanja koristi poluvodičke sklopne uređaje kao što su tranzistori s efektom metalnog oksida (MOSFET) i bipolarni tranzistori s izoliranim vratima (IGBT). Ovi uređaji imaju kratko vrijeme prebacivanja i mogu izdržati nestabilne skokove napona. Jednako važno, troše vrlo malo energije, vrlo su učinkoviti i generiraju nisku toplinu, bilo da su uključeni ili isključeni. Preklopni uređaji u velikoj mjeri određuju ukupnu izvedbu sklopnog napajanja. Glavna mjerenja rasklopnih uređaja uključuju: preklopne gubitke, prosječne gubitke snage, sigurno radno područje i druge.
