Menetelmä hakkurivirransyötön mittaamiseksi digitaalisella oskilloskoopilla
Perinteisistä analogisista teholähteistä tehokkaisiin hakkuriteholähteisiin virtalähteiden tyypit ja koot vaihtelevat suuresti. He kaikki kohtaavat monimutkaiset ja dynaamiset työympäristöt. Laitteiden kuormitus ja kysyntä voivat kokea merkittäviä muutoksia hetkessä. Jopa "päivittäisen" hakkuriteholähteen on kestettävä hetkellisiä huippuja, jotka ylittävät huomattavasti sen keskimääräisen käyttötason. Insinöörien, jotka suunnittelevat virtalähteitä tai järjestelmiä teholähteiden käyttöä varten, on ymmärrettävä virtalähteen käyttöolosuhteet staattisissa ja pahimmassa tapauksessa.
Aiemmin virtalähteiden käyttäytymisominaisuuksien kuvaaminen tarkoitti digitaalisen yleismittarin käyttöä staattisen virran ja jännitteen mittaamiseen sekä vaivalloisten laskelmien suorittamista laskimen tai PC:n avulla. Nykyään useimmat insinöörit käyttävät oskilloskooppeja ensisijaisena tehonmittausalustanaan. Nykyaikaiset oskilloskoopit voidaan varustaa integroidulla tehonmittaus- ja -analyysiohjelmistolla, mikä yksinkertaistaa asennusta ja helpottaa dynaamista mittausta. Käyttäjät voivat mukauttaa avainparametreja, laskea automaattisesti ja nähdä tulokset sekunneissa pelkän raakadatan sijaan.
Virtalähteen suunnittelukysymykset ja mittausvaatimukset
Ihannetapauksessa jokaisen virtalähteen pitäisi toimia samalla tavalla kuin sille suunniteltu matemaattinen malli. Mutta todellisessa maailmassa komponentit ovat virheellisiä, kuormat voivat muuttua, virtalähde voi vääristyä ja ympäristömuutokset voivat muuttaa suorituskykyä. Lisäksi jatkuvasti muuttuvat suorituskyky- ja hintavaatimukset tekevät virtalähteen suunnittelusta monimutkaisempaa. Harkitse näitä kysymyksiä:
Kuinka monta wattia virtalähde pystyy ylläpitämään nimellistehonsa yli? Kuinka kauan se voi kestää? Kuinka paljon lämpöä virtalähde lähettää? Mitä tapahtuu, kun se ylikuumenee? Kuinka paljon jäähdytysilmavirtaa se vaatii? Mitä tapahtuu, kun kuormitusvirta kasvaa merkittävästi? Pystyykö laite säilyttämään nimellislähtöjännitteensä? Miten virtalähde reagoi täydelliseen oikosulkuun lähtöpäässä? Mitä tapahtuu, kun virtalähteen syöttöjännite muuttuu?
Suunnittelijoiden on kehitettävä virtalähteitä, jotka vievät vähemmän tilaa, vähentävät lämpöä, alentavat valmistuskustannuksia ja täyttävät tiukemmat EMI/EMC-standardit. Vain tiukka mittausjärjestelmä voi auttaa insinöörejä saavuttamaan nämä tavoitteet.
Oskilloskooppi ja virtalähteen mittaus
Niille, jotka ovat tottuneet käyttämään oskilloskooppia suuren kaistanleveyden mittauksiin, tehon mittaus voi olla yksinkertaista, koska sen taajuus on suhteellisen alhainen. Itse asiassa on myös monia haasteita, joita nopeiden piirien suunnittelijoiden ei koskaan tarvitse kohdata tehonmittauksessa.
Koko kojeiston jännite voi olla korkea ja kelluva, eli sitä ei ole maadoitettu. Signaalin pulssin leveys, jakso, taajuus ja toimintajakso vaihtelevat. On tarpeen siepata ja analysoida aaltomuoto totuudenmukaisesti ja havaita aaltomuodon poikkeavuudet. Vaatimukset oskilloskoopeille ovat tiukat. Useita koettimia - vaativat samanaikaisesti yksipäisiä koettimia, differentiaaliantureita ja virtaantureita. Laitteessa on oltava suuri muisti, jotta se tarjoaa tallennustilaa pitkäaikaisia matalataajuisia mittaustuloksia varten. Ja se voi vaatia erilaisten signaalien sieppaamista merkittävillä amplitudieroilla yhdellä hankinnalla.
Hakkurivirtalähteen perusteet
Valtavirran tasavirtalähdearkkitehtuuri useimmissa nykyaikaisissa järjestelmissä on hakkuriteholähde (SMPS), joka on tunnettu kyvystään selviytyä tehokkaasti muuttuvista kuormista. Tyypillisen hakkuriteholähteen sähköinen signaalipolku sisältää passiivisia komponentteja, aktiivisia komponentteja ja magneettisia komponentteja. Hakkuriteholähteiden tulisi minimoida häviöllisten komponenttien, kuten vastusten ja lineaaritransistoreiden, käyttö ja käyttää pääasiassa (ihanteellisesti) häviöttömiä komponentteja, kuten kytkentätransistoreja, kondensaattoreita ja magneettikomponentteja.
Hakkuriteholähdelaitteessa on myös ohjausosa, joka sisältää komponentteja kuten pulssinleveysmodulaatiosäätimen, pulssitaajuusmodulaatiosäätimen ja takaisinkytkentäsilmukan 1. Ohjausosassa voi olla oma tehonsyöttö. Kuva 1 on yksinkertaistettu kaavakuva hakkuriteholähteestä, joka esittää tehon muunnososan sisältäen aktiiviset laitteet, passiiviset laitteet ja magneettiset komponentit.
Hakkuriteholähdetekniikka käyttää tehopuolijohdekytkentälaitteita, kuten metallioksidikenttätransistoreja (MOSFET) ja eristettyjä hila-bipolaarisia transistoreja (IGBT). Näillä laitteilla on lyhyt kytkentäaika ja ne kestävät epävakaita jännitepiikkejä. Yhtä tärkeää on, että ne kuluttavat hyvin vähän energiaa sekä avoimessa että suljetussa tilassa, ja niiden hyötysuhde on korkea ja lämmöntuotannon vähäinen. Hakkurilaitteet määräävät suurelta osin hakkuriteholähteiden yleisen suorituskyvyn. Kytkentälaitteiden päämitat ovat: kytkentähäviö, keskimääräinen tehohäviö, turvallinen työskentelyalue ja muut.
