Metóda merania spínaného napájania digitálnym osciloskopom
Napájacie zdroje sa dodávajú v širokej škále typov a veľkostí, od tradičných napájacích zdrojov analógového typu až po vysokoúčinné spínané napájacie zdroje. Všetci musia čeliť zložitému a dynamickému pracovnému prostrediu. Zaťaženie zariadení a požiadavky sa môžu dramaticky zmeniť v okamihu. Dokonca aj „každodenný“ spínaný zdroj dokáže odolať momentálnym špičkám výrazne presahujúcim jeho priemernú prevádzkovú úroveň. Inžinieri, ktorí navrhujú napájací zdroj alebo napájací zdroj na použitie v systéme, musia pochopiť, ako napájací zdroj funguje v statických podmienkach, ako aj v podmienkach najhoršieho prípadu.
Charakterizácia správania napájacieho zdroja v minulosti znamenalo meranie pokojového prúdu a napätia digitálnym multimetrom a usilovné výpočty pomocou kalkulačky alebo PC. Dnes sa väčšina inžinierov obracia na osciloskop ako svoju preferovanú platformu na meranie výkonu. Moderné osciloskopy môžu byť vybavené integrovaným softvérom na meranie a analýzu výkonu, ktorý zjednodušuje nastavenie a uľahčuje dynamické merania. Používatelia si môžu prispôsobiť kľúčové parametre, automatizovať výpočty a vidieť výsledky v priebehu niekoľkých sekúnd, nielen nespracované údaje.
Problémy s návrhom napájacích zdrojov a ich potreby merania
V ideálnom prípade by sa každý zdroj mal správať ako matematický model, pre ktorý bol navrhnutý. Ale v skutočnom svete sú komponenty chybné, záťaž sa môže meniť, napájacie zdroje môžu byť skreslené a zmeny prostredia môžu zmeniť výkon. Tiež meniace sa požiadavky na výkon a náklady komplikujú návrh napájania. Zvážte tieto otázky:
Koľko wattov dokáže napájací zdroj udržať nad svoj menovitý výkon? Ako dlho to môže trvať? Koľko tepla rozptýli zdroj energie? Čo sa stane, keď sa prehreje? Aký prietok chladiaceho vzduchu potrebuje? Čo sa stane, keď sa záťažový prúd výrazne zvýši? Dokáže zariadenie udržať menovité výstupné napätie? Ako sa napájací zdroj vysporiada so skratom na výstupe? Čo sa stane, keď sa zmení vstupné napätie napájacieho zdroja?
Dizajnéri musia vyvinúť napájacie zdroje, ktoré zaberú menej miesta, znížia teplo, znížia výrobné náklady a budú spĺňať prísnejšie normy EMI/EMC. Iba dôsledný systém merania môže inžinierom umožniť dosiahnuť tieto ciele.
Osciloskop a meranie výkonu
Pre tých, ktorí sú zvyknutí na meranie s veľkou šírkou pásma pomocou osciloskopu, môžu byť merania napájacieho zdroja jednoduché, pretože majú relatívne nízke frekvencie. V skutočnosti existuje veľa výziev pri meraní výkonu, ktorým konštruktéri vysokorýchlostných obvodov nikdy nemusia čeliť.
Celý rozvádzač môže byť vysokonapäťový a "plávajúci", to znamená, že nie je pripojený k zemi. Šírka impulzu, perióda, frekvencia a pracovný cyklus signálu sa môžu meniť. Tvary vĺn musia byť zachytené a analyzované verne, aby sa zistili anomálie v tvare vlny. To je náročné na osciloskop. Viaceré sondy – sú potrebné jednokoncové, diferenciálne a prúdové sondy súčasne. Prístroj musí mať veľkú pamäť, aby poskytoval záznamový priestor pre dlhodobé výsledky nízkofrekvenčného získavania. A môže byť potrebné zachytiť rôzne signály s veľmi odlišnými amplitúdami v jednom akvizícii.
Základy spínaného napájania
Dominantnou architektúrou jednosmerného napájania vo väčšine moderných systémov je spínaný zdroj napájania (spínaný zdroj napájania), ktorý je známy svojou schopnosťou efektívne zvládať rôzne záťaže. Cesta napájacieho signálu typického spínaného zdroja zahŕňa pasívne komponenty, aktívne komponenty a magnetické komponenty. Spínané zdroje využívajú čo najmenej stratových komponentov (ako sú odpory a lineárne tranzistory) a väčšinou (ideálne) bezstratové komponenty: spínacie tranzistory, kondenzátory a magnety.
Zariadenie spínaného zdroja má aj riadiacu časť, ktorá obsahuje regulátor pulznej šírkovej modulácie, regulátor pulznej frekvenčnej modulácie a spätnoväzbovú slučku 1 a ďalšie komponenty. Riadiaca časť môže mať vlastný napájací zdroj. Obrázok 1 je zjednodušený schematický diagram spínaného napájacieho zdroja, zobrazujúci sekciu premeny energie, vrátane aktívnych zariadení, pasívnych zariadení a magnetických komponentov.
Technológia spínaného napájania využíva výkonové polovodičové spínacie zariadenia, ako sú tranzistory s oxidovým poľom (MOSFET) a bipolárne tranzistory s izolovaným hradlom (IGBT). Tieto zariadenia majú krátke spínacie časy a dokážu vydržať nepravidelné napäťové špičky. Rovnako dôležité je, že spotrebúvajú veľmi málo energie v zapnutom aj vypnutom stave, sú vysoko účinné a generujú nízke teplo. Spínacie zariadenia do značnej miery určujú celkový výkon spínaného zdroja. Kľúčové merania na spínacích zariadeniach zahŕňajú: stratu spínania, priemernú stratu výkonu, bezpečnú pracovnú oblasť a iné.
