Ako merať stratu výkonu spínaného zdroja digitálnym osciloskopom
Nová architektúra SMPS:Switch Mode PowerSupply) musí poskytnúť vysoký prúd a nízke napätie procesorom s vysokou dátovou rýchlosťou a triedou GHz, čo dodáva dizajnérom napájacích zariadení neviditeľný nový tlak z hľadiska účinnosti, hustoty výkonu, spoľahlivosti a nákladov. Aby sa tieto požiadavky zohľadnili pri návrhu, dizajnéri prijali nové architektúry, ako je technológia synchrónneho usmerňovania, korekcia aktívneho výkonového filtra a zvýšenie frekvencie spínania. Tieto technológie prinášajú aj vyššie výzvy, ako sú vysoké straty energie, rozptyl tepla a nadmerné EMI/EMC na spínacích zariadeniach.
Počas prechodu zo stavu „vypnuté“ (zapnuté) do stavu „zapnuté“ (vypnuté) bude mať napájacie zariadenie vysokú spotrebu energie. (Výkonová strata spínacích zariadení v stave "zapnuté" alebo "vypnuté" je však menšia, pretože prúd zariadením alebo napätie na zariadení je veľmi malé). Induktory a transformátory môžu izolovať výstupné napätie a vyhladiť zaťažovací prúd. Tlmivky a transformátory sú tiež náchylné na spínaciu frekvenciu, čo vedie k strate energie a občasným poruchám v dôsledku saturácie.
Pretože výkon rozptýlený v spínacom napájacom zariadení určuje celkovú účinnosť tepelného účinku napájacieho zdroja, je veľmi dôležité merať stratový výkon spínacieho zariadenia a induktora/transformátora. Toto meranie môže určiť energetickú účinnosť a rozptyl tepla.
Meranie a analýza straty výkonu
1. Testovacie zariadenie potrebné na meranie straty výkonu
Zjednodušený obvod transformácie spínača. Výkonový tranzistor s efektom poľa MOSFET riadi prúd pri budení 40 kHz hodín. MOSFET nie je pripojený k zemi napájača striedavého prúdu alebo k zemi výstupu obvodu, to znamená, že je izolovaný od zeme. Preto nie je možné jednoducho zmerať referenčné napätie uzemnenia pomocou osciloskopu, pretože ak sa uzemňovací vodič sondy pripojí na ktorúkoľvek svorku MOSFET, bod sa cez osciloskop skratuje so zemou.
V tomto prípade je diferenciálne meranie dobrým spôsobom na meranie priebehu napätia M0SFET. Diferenčným meraním môžete merať VDS, to znamená napätie na svorke kolektora a svorke zdroja MOSFET. VDS sa môže vznášať nad napätím a rozsah napätia môže byť desiatky voltov až stovky voltov, v závislosti od rozsahu napätia napájacieho zariadenia. VDS môžete merať niekoľkými spôsobmi:
Uzemňovací vodič podvozku závesného osciloskopu. Odporúča sa nepoužívať, pretože je mimoriadne škodlivý pre používateľa, testované zariadenie a osciloskop.
Dve konvenčné pasívne sondy s jedným koncom sa používajú na spojenie ich uzemňovacích vodičov dohromady a potom sa na meranie použije funkcia výpočtu kanála osciloskopu. Táto metóda merania sa nazýva kvázi-diferenciálne meranie. Napriek tomu, že pasívnu sondu možno použiť v kombinácii so zosilňovačom osciloskopu, chýba jej funkcia „pomer odmietnutia bežného režimu“ (CMRR), ktorá dokáže správne blokovať akékoľvek bežné napätie. Toto nastavenie nedokáže presne zmerať napätie, ale je možné použiť existujúcu sondu.
Na izoláciu šasi osciloskopu od zeme použite izolátor sondy dostupný v obchode. Uzemňovací vodič sondy už nebude hlavným uzemňovacím potenciálom a sondu možno priamo pripojiť k testovaciemu bodu. Izolátor sondy je efektívnym riešením, ale je drahý a jeho cena je dvakrát až päťkrát vyššia ako cena diferenciálnej sondy.
Použitie skutočnej diferenciálnej sondy na širokopásmovom osciloskope. VDS môžete merať diferenciálnou sondou, čo je tiež dobrá metóda.
Pri meraní prúdu cez MOSFET najprv upnite prúdovú sondu a potom jemne dolaďte merací systém. Mnohé diferenciálne sondy sú vybavené vstavanými DC ofsetovými orezávacími kondenzátormi. Vypnite testované zariadenie a po úplnom zahriatí osciloskopu a sondy môžete nastaviť priemernú hodnotu priebehov napätia a prúdu nameraných osciloskopom. Nastavenie citlivosti by malo používať hodnoty použité pri skutočnom meraní. Pri absencii signálu upravte orezávací kondenzátor tak, aby sa nulový priemer každého tvaru vlny nastavil na 0 V. Tento krok môže výrazne znížiť chybu merania spôsobenú statickým napätím a prúdom v meracom systéme.
