Komutācijas barošanas avota mērīšanas metode ar digitālo osciloskopu
No tradicionālajiem analogajiem barošanas avotiem līdz efektīviem komutācijas barošanas avotiem, barošanas avotu veidi un izmēri ir ļoti atšķirīgi. Viņi visi saskaras ar sarežģītu un dinamisku darba vidi. Iekārtu slodze un pieprasījums vienā mirklī var būtiski mainīties. Pat "ikdienas" komutācijas barošanas avotam ir jāspēj izturēt momentānos maksimumus, kas ievērojami pārsniedz tā vidējo darbības līmeni. Inženieriem, kuri izstrādā barošanas avotus vai sistēmas, lai izmantotu barošanas avotus, ir jāsaprot barošanas avota darbības apstākļi statiskos un sliktākos apstākļos.
Agrāk barošanas avotu uzvedības raksturlielumu aprakstīšana nozīmēja digitālā multimetra izmantošanu statiskās strāvas un sprieguma mērīšanai, kā arī sarežģītu aprēķinu veikšanu, izmantojot kalkulatoru vai datoru. Mūsdienās lielākā daļa inženieru izmanto osciloskopus kā vēlamo jaudas mērīšanas platformu. Mūsdienu osciloskopus var aprīkot ar integrētu jaudas mērīšanas un analīzes programmatūru, kas vienkāršo iestatīšanu un atvieglo dinamisko mērījumu veikšanu. Lietotāji var pielāgot galvenos parametrus, automātiski aprēķināt un redzēt rezultātus dažu sekunžu laikā, nevis tikai neapstrādātus datus.
Strāvas padeves projektēšanas jautājumi un mērījumu prasības
Ideālā gadījumā katram barošanas avotam jādarbojas tāpat kā tam paredzētajam matemātiskajam modelim. Taču reālajā pasaulē komponenti ir bojāti, slodzes var mainīties, strāvas padeve var tikt izkropļota un vides izmaiņas var mainīt veiktspēju. Turklāt pastāvīgi mainīgās veiktspējas un izmaksu prasības arī padara barošanas avota dizainu sarežģītāku. Apsveriet šos jautājumus:
Cik vatu jaudu barošanas bloks var uzturēt, pārsniedzot tā nominālo jaudu? Cik ilgi tas var ilgt? Cik daudz siltuma izdala barošanas bloks? Kas notiek, kad tas pārkarst? Cik daudz dzesēšanas gaisa plūsmas tas prasa? Kas notiek, ja slodzes strāva ievērojami palielinās? Vai ierīce var uzturēt savu nominālo izejas spriegumu? Kā barošanas avots reaģē uz pilnīgu īssavienojumu izejas galā? Kas notiek, kad mainās barošanas avota ieejas spriegums?
Dizaineriem ir jāizstrādā barošanas avoti, kas aizņem mazāk vietas, samazina siltumu, samazina ražošanas izmaksas un atbilst stingrākiem EMI/EMC standartiem. Tikai stingra mērīšanas sistēma var ļaut inženieriem sasniegt šos mērķus.
Osciloskopa un barošanas avota mērīšana
Tiem, kas ir pieraduši izmantot osciloskopu liela joslas platuma mērījumiem, jaudas mērīšana var būt vienkārša, jo tā frekvence ir salīdzinoši zema. Faktiski ir arī daudzas problēmas, ar kurām ātrgaitas ķēžu projektētājiem nekad nav jāsaskaras jaudas mērīšanas laikā.
Visas sadales iekārtas spriegums var būt augsts un peldošs, kas nozīmē, ka tas nav iezemēts. Signāla impulsa platums, periods, frekvence un darba cikls atšķirsies. Ir nepieciešams patiesi uztvert un analizēt viļņu formu un atklāt visas viļņu formas novirzes. Prasības osciloskopiem ir augstas. Vairākas zondes — vienlaikus nepieciešamas viena gala zondes, diferenciālās zondes un strāvas zondes. Instrumentam ir jābūt lielai atmiņai, lai nodrošinātu ierakstīšanas vietu ilgtermiņa zemas frekvences iegūšanas rezultātiem. Un tas var prasīt dažādu signālu uztveršanu ar ievērojamām amplitūdas atšķirībām vienā ieguvē.
Komutācijas barošanas avota pamati
Galvenā līdzstrāvas barošanas avota arhitektūra lielākajā daļā mūsdienu sistēmu ir komutācijas barošanas avots (SMPS), kas ir labi pazīstams ar savu spēju efektīvi tikt galā ar mainīgām slodzēm. Tipiska komutācijas barošanas avota elektriskā signāla ceļš ietver pasīvos komponentus, aktīvās sastāvdaļas un magnētiskos komponentus. Komutācijas barošanas avotos ir jāsamazina tādu komponentu kā rezistoru un lineāro tranzistoru izmantošana, kas rada zudumus, un galvenokārt jāizmanto (ideālā gadījumā) bezzudumu komponenti, piemēram, komutācijas tranzistori, kondensatori un magnētiskie komponenti.
Komutācijas barošanas avota ierīcei ir arī vadības daļa, kurā ietilpst tādi komponenti kā impulsa platuma modulācijas regulators, impulsa frekvences modulācijas regulators un atgriezeniskās saites cilpa 1. Vadības sekcijai var būt savs barošanas avots. 1. attēlā ir vienkāršota komutācijas barošanas avota shematiska diagramma, kurā parādīta jaudas pārveidošanas daļa, ieskaitot aktīvās ierīces, pasīvās ierīces un magnētiskos komponentus.
Komutācijas barošanas avota tehnoloģijā tiek izmantotas jaudas pusvadītāju komutācijas ierīces, piemēram, metāla oksīda lauka efekta tranzistori (MOSFET) un izolētu vārtu bipolāri tranzistori (IGBT). Šīm ierīcēm ir īss pārslēgšanas laiks, un tās var izturēt nestabilus sprieguma lēcienus. Tikpat svarīgi ir tas, ka tie patērē ļoti maz enerģijas gan atvērtā, gan slēgtā stāvoklī ar augstu efektivitāti un zemu siltuma ražošanu. Komutācijas ierīces lielā mērā nosaka komutācijas barošanas avotu kopējo veiktspēju. Galvenie komutācijas ierīču mērījumi ir: pārslēgšanas zudumi, vidējie jaudas zudumi, droša darba zona un citi.
