ЦифровойосциллографИзмерениеИмпульсные источники питания
Источники питания бывают самых разных типов и размеров: от традиционных источников питания аналогового типа до высокоэффективных импульсных источников питания. Все они сталкиваются со сложной, динамичной операционной средой. Нагрузка на оборудование и требования к нему могут кардинально измениться в одно мгновение. Даже повседневные импульсные источники питания должны выдерживать мгновенные пиковые нагрузки, значительно превышающие их средний рабочий уровень. Инженеры, проектирующие источники питания или системы, которые будутиспользовать источники питаниянеобходимо понять, как источник питания будет вести себя в статических условиях, а также в наихудших условиях.
Раньше для определения характеристик поведения источника питания означало измерение токов и напряжений покоя с помощью цифрового измерительного прибора.мультиметри выполнение кропотливых вычислений с помощью калькулятора или ПК. Сегодня большинство инженеров используют осциллографы как предпочтительную платформу для измерения мощности. Современные осциллографы могут быть оснащены встроенным программным обеспечением для измерения и анализа мощности, что упрощает настройку и упрощает динамические измерения. Пользователи могут настраивать ключевые параметры, автоматизировать расчеты и видеть результаты за считанные секунды, а не только необработанные данные.
Проблемы проектирования источников питания и необходимость их измерения
В идеале каждый источник питания должен работать согласно математической модели, для которой он был разработан. Но в реальном мирекомпонентыимеют дефекты, нагрузки изменяются, источники питания могут быть искажены, а изменения окружающей среды могут повлиять на производительность. Кроме того, изменяющиеся требования к производительности и стоимости усложняют конструкцию источника питания. Рассмотрите следующие вопросы:
Сколько ватт может выдержать блок питания сверх номинальной мощности? Как долго это длится? Сколько тепла выделяет блок питания? Что происходит при перегреве? Какой поток охлаждающего воздуха ему требуется? Что произойдет, если ток нагрузки резко увеличится? Может ли устройство поддерживать номинальное выходное напряжение? Как блок питания справится с полным замыканием на выходе? Что произойдет, если изменится входное напряжение источника питания?
Разработчикам необходимо разрабатывать источники питания, которые занимают меньше места, снижают тепловыделение, сокращают производственные затраты и соответствуют более строгим стандартам EMI/EMC. Только строгая система измерений позволит инженерам достичь этих целей.
Осциллографы и измерение мощности
Для тех, кто привык к измерениям с помощью осциллографов с широкой полосой пропускания, измерения источников питания могут оказаться простыми из-за их относительно низкой частоты. На самом деле при измерении мощности существует множество проблем, с которыми никогда не придется сталкиваться разработчикам высокоскоростных схем.
Напряжение на коммутационном устройстве может быть высоким и «плавающим», т. е. незаземленный. Ширина импульса, период, частота и рабочий цикл сигнала могут варьироваться. Формы сигналов необходимо захватывать и анализировать для обнаружения аномалий. Это жесткое требование к осциллографам. Несколько пробников. Также требуются несимметричные пробники, дифференциальные пробники и токовые пробники.Инструментдолжен иметь большую память, чтобы обеспечить место для записи результатов длительных низкочастотных измерений. Кроме того, может потребоваться захват различных сигналов с широко варьирующимися амплитудами за один прием.
Основы импульсного источника питания
Доминирующей архитектурой питания постоянного тока в большинстве современных систем является импульсный источник питания (импульсный источник питания), который хорошо известен своей способностью эффективно справляться с изменяющимися нагрузками. Путь сигнала электрической энергии типичного импульсного источника питания включает пассивные устройства, активные устройства и магнитные компоненты. В импульсных источниках питания используется как можно меньше компонентов с потерями (например,резисторыи линейные транзисторы) и в основном используют (в идеале) компоненты без потерь: переключающие транзисторы,конденсаторыи магнитные компоненты.
Оборудование импульсного источника питания также имеет секцию управления, в состав которой входят такие компоненты, как регулятор широтно-импульсной модуляции, регулятор частотно-импульсной модуляции и контур обратной связи1. Секция управления может иметь собственный источник питания. ИНЖИР. 1 представляет собой упрощенную схему импульсного источника питания, показывающую секцию преобразования электрической энергии, которая включает в себя активные и пассивные компоненты, а также магнитные компоненты.
В технологии импульсных источников питания используются силовые полупроводниковые переключающие устройства, такие как металлооксидные полевые транзисторы (MOSFET) с биполярными транзисторами с изолированным затвором (IGBT). Эти устройства имеют короткое время переключения и могут выдерживать нестабильные скачки напряжения. Не менее важно и то, что они потребляют очень мало энергии как во включенном, так и в выключенном состоянии, что приводит к высокой эффективности и низкому выделению тепла. Коммутационные устройства во многом определяют общую производительность импульсного источника питания. Ключевые измерения коммутационных устройств включают: коммутационные потери, средние потери мощности,безопасныйоперационная зона и другие.
