DigitalnoOsciloskopMerjenjeStikalni napajalniki
Napajalniki so na voljo v številnih vrstah in velikostih, od tradicionalnih analognih napajalnikov do visoko učinkovitih stikalnih napajalnikov. Vsi se soočajo s kompleksnimi, dinamičnimi delovnimi okolji. Obremenitve in zahteve opreme se lahko dramatično spremenijo v trenutku. Tudi "dnevno-dnevni" stikalni napajalniki morajo biti sposobni prenesti trenutne konice, ki so precej nad njihovo povprečno delovno ravnjo. Inženirji, ki načrtujejo napajalnike ali sisteme, ki bodouporabljajte napajalnikemorajo razumeti, kako se bo napajalnik obnašal v statičnih pogojih in tudi v najslabših pogojih.
V preteklosti je opredelitev obnašanja napajalnika pomenila merjenje mirujočih tokov in napetosti z digitalnimmultimeterin izvajanje mukotrpnih izračunov s kalkulatorjem ali osebnim računalnikom. Danes se večina inženirjev obrne na osciloskope kot svojo prednostno platformo za merjenje moči. Sodobni osciloskopi so lahko opremljeni z vgrajeno programsko opremo za merjenje in analizo moči, kar poenostavi nastavitev in olajša dinamične meritve. Uporabniki lahko prilagodijo ključne parametre, avtomatizirajo izračune in vidijo rezultate v nekaj sekundah, ne le neobdelanih podatkov.
Težave z zasnovo napajalnika in njihove potrebe po meritvah
V idealnem primeru bi moral vsak napajalnik delovati kot matematični model, za katerega je bil zasnovan. Toda v resničnem svetu,komponenteso pomanjkljivi, obremenitve se spreminjajo, napajalniki so lahko popačeni in okoljske spremembe lahko spremenijo delovanje. Poleg tega spreminjajoče se zahteve glede zmogljivosti in stroškov zapletejo načrtovanje napajalnika. Razmislite o teh vprašanjih:
Koliko vatov lahko vzdrži napajalnik nad nazivno močjo? Kako dolgo traja? Koliko toplote oddaja napajalnik? Kaj se zgodi, ko se pregreje? Kolikšen pretok hladilnega zraka potrebuje? Kaj se zgodi, ko se bremenski tok dramatično poveča? Ali lahko enota ohrani nazivno izhodno napetost? Kako se bo napajalnik spopadel s popolnim kratkim stikom na izhodu? Kaj se zgodi, ko se spremeni vhodna napetost napajalnika?
Oblikovalci morajo razviti napajalnike, ki zavzamejo manj prostora, zmanjšajo toploto, zmanjšajo proizvodne stroške in izpolnjujejo strožje standarde EMI/EMC. Samo strog merilni sistem bo inženirjem omogočil doseganje teh ciljev.
Osciloskopi in merjenje moči
Za tiste, ki so navajeni meritev z visoko pasovno širino z osciloskopi, so lahko meritve napajanja preproste zaradi njihove relativno nizke frekvence. V resnici obstaja veliko izzivov pri meritvah moči, s katerimi se načrtovalcem hitrih vezij nikoli ni treba soočiti.
Napetost na stikalni napravi je lahko visoka in "lebdeča", tjozemljen. Širina impulza, obdobje, frekvenca in delovni cikel signala se lahko razlikujejo. Valovne oblike je treba zajeti in analizirati, da se odkrijejo anomalije. To je zahtevna zahteva za osciloskope. Več sond – potrebne so tudi sonde z enim koncem, diferencialne sonde in tokovne sonde.Instrumentmora imeti velik pomnilnik, da zagotovi prostor za snemanje rezultatov dolgih nizkofrekvenčnih zajemanj. Morda bo treba v enem samem zajemu zajeti različne signale z zelo različnimi amplitudami.
Osnove stikalnega napajanja
Prevladujoča arhitektura enosmernega napajanja v večini sodobnih sistemov je stikalni napajalnik (preklopni napajalnik), ki je dobro znan po svoji zmožnosti učinkovitega spopadanja z različnimi obremenitvami. Signalna pot električne energije tipičnega stikalnega napajalnika vključuje pasivne naprave, aktivne naprave in magnetne komponente. Stikalni napajalniki uporabljajo čim manj izgubnih komponent (npr.uporiin linearni tranzistorji) in uporabljajo predvsem (idealno) komponente brez izgub: preklopne tranzistorje,kondenzatorji, in magnetne komponente.
Stikalna napajalna oprema ima tudi krmilni del, ki vključuje komponente, kot so regulator impulzno-širinske modulacije, regulator impulzno-frekvenčne modulacije in povratno zanko1. Krmilni del ima lahko lastno napajanje. FIG. 1 je poenostavljena shema stikalnega napajalnika, ki prikazuje odsek za pretvorbo električne energije, ki vključuje aktivne in pasivne komponente ter magnetne komponente.
Tehnologija preklopnega napajanja uporablja močnostne polprevodniške preklopne naprave, kot so tranzistorji s kovinskim oksidom (MOSFET) z bipolarnimi tranzistorji z izoliranimi vrati (IGBT). Te naprave imajo kratke preklopne čase in lahko prenesejo nestabilne konice napetosti. Enako pomembno je, da porabijo zelo malo energije bodisi v vklopljenem ali izklopljenem stanju, kar ima za posledico visoko učinkovitost in nizko proizvodnjo toplote. Stikalne naprave v veliki meri določajo celotno zmogljivost stikalnega napajanja. Ključne meritve stikalnih naprav vključujejo: stikalne izgube, povprečno izgubo moči,varnoobmočje delovanja in drugi.
