Hakkurivirtalähteen mittausmenetelmä digitaalisella oskilloskoopilla
Virtalähteitä on monenlaisia tyyppejä ja kokoja, perinteisistä analogisista virtalähteistä tehokkaisiin hakkurivirtalähteisiin. Heidän kaikkien on kohdattava monimutkainen ja dynaaminen työympäristö. Laitteiden kuormitukset ja vaatimukset voivat muuttua dramaattisesti hetkessä. Jopa "jokapäiväinen" hakkuriteholähde kestää hetkellisiä huippuja, jotka ylittävät sen keskimääräisen käyttötason. Insinöörien, jotka suunnittelevat virtalähdettä tai virtalähdettä järjestelmässä käytettäväksi, on ymmärrettävä, kuinka virtalähde toimii staattisissa olosuhteissa sekä pahimmassa tapauksessa.
Aikaisemmin virtalähteen käyttäytymisen karakterisointi merkitsi lepovirran ja jännitteen mittaamista digitaalisella yleismittarilla ja huolellisten laskelmien tekemistä laskimella tai PC:llä. Nykyään useimmat insinöörit käyttävät oskilloskooppia ensisijaisena tehonmittausalustanaan. Nykyaikaiset oskilloskoopit voidaan varustaa integroidulla tehonmittaus- ja -analyysiohjelmistolla, mikä yksinkertaistaa asennusta ja helpottaa dynaamisia mittauksia. Käyttäjät voivat mukauttaa tärkeimpiä parametreja, automatisoida laskelmia ja nähdä tulokset sekunneissa, ei vain raakadataa.
Virtalähteen suunnitteluongelmat ja niiden mittaustarpeet
Ihannetapauksessa jokaisen virtalähteen tulisi käyttäytyä kuten se matemaattinen malli, jota varten se on suunniteltu. Mutta todellisessa maailmassa komponentit ovat viallisia, kuormat voivat vaihdella, virtalähteet voivat olla vääristyneitä ja ympäristömuutokset voivat muuttaa suorituskykyä. Myös muuttuvat suorituskyky- ja kustannusvaatimukset vaikeuttavat virtalähteen suunnittelua. Harkitse näitä kysymyksiä:
Kuinka monta wattia virtalähde voi kestää yli nimellistehonsa? Kuinka kauan se voi kestää? Kuinka paljon lämpöä virtalähde haihduttaa? Mitä tapahtuu, kun se ylikuumenee? Kuinka paljon jäähdytysilmavirtaa se tarvitsee? Mitä tapahtuu, kun kuormitusvirta kasvaa merkittävästi? Pystyykö laite ylläpitämään nimellislähtöjännitettä? Miten virtalähde käsittelee oikosulkua lähdössä? 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 tehomittaukset
Niille, jotka ovat tottuneet tekemään suuren kaistanleveyden mittauksia oskilloskoopilla, virtalähteen mittaukset voivat olla yksinkertaisia niiden suhteellisen alhaisten taajuuksien vuoksi. Itse asiassa tehonmittauksessa on monia haasteita, joita nopeiden piirien suunnittelijoiden ei koskaan tarvitse kohdata.
Koko kojeisto voi olla korkeajännite ja "kelluva", eli ei kytketty maahan. Signaalin pulssin leveys, jakso, taajuus ja toimintajakso voivat vaihdella. Aaltomuodot on siepattava ja analysoitava uskollisesti aaltomuodon poikkeavuuksien havaitsemiseksi. Tämä on vaativaa oskilloskoopilta. Useita antureita – Yksipäisiä, differentiaali- ja virtaantureita tarvitaan samanaikaisesti. Laitteessa on oltava suuri muisti, jotta se tarjoaa tallennustilaa pitkäaikaisia matalataajuisia mittaustuloksia varten. Ja voi olla tarpeen siepata erilaisia signaaleja hyvin erilaisilla amplitudeilla yhdellä hankinnalla.
Hakkurivirtalähteen perusteet
Hallitseva tasavirtaarkkitehtuuri useimmissa nykyaikaisissa järjestelmissä on hakkuriteholähde (hakkuriteholähde), joka tunnetaan kyvystään käsitellä vaihtelevia kuormia tehokkaasti. Tyypillisen hakkuriteholähteen tehosignaalipolku sisältää passiivisia komponentteja, aktiivisia komponentteja ja magneettisia komponentteja. Hakkuriteholähteet käyttävät mahdollisimman vähän häviöllisiä komponentteja (kuten vastukset ja lineaaritransistorit) ja enimmäkseen (ihanteellisessa tapauksessa) häviöttömiä komponentteja: kytkentätransistoreja, kondensaattoreita ja magneetteja.
Hakkuriteholähdelaitteessa on myös ohjausosa, joka sisältää pulssinleveysmodulaatiosäätimen, pulssitaajuusmodulaatiosäätimen ja takaisinkytkentäsilmukan 1 sekä muita komponentteja. Ohjausosassa voi olla oma virtalähde. Kuva 1 on yksinkertaistettu kaavamainen kaavio hakkuriteholähteestä, joka esittää tehon muunnososan, mukaan lukien aktiiviset laitteet, passiiviset laitteet ja magneettiset komponentit.
Hakkuriteholähdetekniikka käyttää tehopuolijohdekytkentälaitteita, kuten metallioksidikenttätransistoreja (MOSFET) ja eristettyjä hila-bipolaarisia transistoreita (IGBT). Näillä laitteilla on lyhyet kytkentäajat ja ne kestävät vaihtelevia jännitepiikkejä. Yhtä tärkeää on, että ne kuluttavat hyvin vähän virtaa sekä päällä että pois päältä, ovat erittäin tehokkaita ja tuottavat vähän lämpöä. Hakkurilaitteet määräävät suurelta osin hakkuriteholähteen yleisen suorituskyvyn. Kytkentälaitteiden tärkeimmät mittaukset ovat: kytkentähäviö, keskimääräinen tehohäviö, turvallinen käyttöalue ja muut.
