Digitaalse ostsilloskoobi kasutamine lülitustoiteallika mõõtmiseks
Toiteallikaid on väga erinevat tüüpi ja erineva suurusega, alates traditsioonilistest analoogtoiteallikatest kuni tõhusate lülitustoiteallikateni. Nad kõik seisavad silmitsi keeruka ja dünaamilise töökeskkonnaga. Seadmete koormused ja nõudmised võivad hetkega oluliselt muutuda. Isegi "igapäevased" lülitustoiteallikad peavad vastu pidama hetkelistele tipptasemetele, mis ületavad tunduvalt nende keskmist töötaset. Toiteallikaid või toiteallikaid kasutavaid süsteeme kavandavad insenerid peavad mõistma, kuidas toiteallikas töötab nii staatilistes kui ka halvimatel tingimustel.
Varem tähendas toiteallika käitumise iseloomustamine digimultimeetriga puhkevoolu ja pinge mõõtmist ning kalkulaatori või arvutiga vaevarikaste arvutuste tegemist. Tänapäeval kasutavad enamik insenere ostsilloskoobid kui eelistatud võimsuse mõõtmise platvormi. Kaasaegsed ostsilloskoobid saab varustada integreeritud võimsuse mõõtmise ja analüüsi tarkvaraga, mis lihtsustab seadistamist ja muudab dünaamilised mõõtmised lihtsamaks. Kasutajad saavad kohandada põhiparameetreid, automatiseerida arvutusi ja näha tulemusi sekunditega, mitte ainult algandmeid.
Toiteallika projekteerimise küsimused ja nende mõõtmise nõuded
Ideaalis peaks iga toiteallikas käituma nagu matemaatiline mudel, mille jaoks see on loodud. Kuid tegelikus maailmas on komponendid defektsed, koormused võivad muutuda, toiteallikad võivad moonutada ja keskkonnamuutused võivad muuta jõudlust. Lisaks muudavad muutuvad jõudlus- ja kulunõuded ka toiteallika disaini keerukamaks. Mõelge neile küsimustele:
Mitu vatti võimsust suudab toiteallikas üle oma nimivõimsuse taluda? Kui kaua see kesta võib? Kui palju soojust toiteallikas hajutab? Mis juhtub, kui see üle kuumeneb? Kui palju jahutusõhuvoolu see nõuab? Mis juhtub, kui koormusvool oluliselt suureneb? Kas seade suudab säilitada nimiväljundpinget? Kuidas toiteallikas reageerib täielikule lühisele väljundis? Mis juhtub, kui toiteallika sisendpinge muutub?
Disainerid peavad välja töötama toiteallikad, mis võtavad vähem ruumi, vähendavad soojust, vähendavad tootmiskulusid ja vastavad rangematele EMI/EMC standarditele. Ainult range mõõtmissüsteem võimaldab inseneridel neid eesmärke saavutada.
Ostsilloskoop ja võimsuse mõõtmine
Neile, kes on harjunud ostsilloskoobiga suure ribalaiusega mõõtmisi tegema, võivad toiteallika mõõtmised olla nende suhteliselt madala sageduse tõttu lihtsad. Tegelikult on võimsuse mõõtmisel palju väljakutseid, millega kiirete vooluahelate projekteerijad kunagi silmitsi seisma ei pea.
Kogu lülitusseade võib olla kõrgepinge all ja "ujuda", see tähendab, et pole maandusega ühendatud. Signaali impulsi laius, periood, sagedus ja töötsükkel muutuvad. Lainekuju tuleb tabada ja seda truult analüüsida, et leida lainekujus kõrvalekaldeid. See on ostsilloskoobile nõudlik. Mitu sondi – kõik ühe otsaga sondid, diferentsiaalsondid ja voolusondid on kõik vajalikud. Instrumendil peab olema suur mälu, et pakkuda salvestusruumi pikaajaliste madala sagedusega salvestustulemuste jaoks. Ja võib olla vajalik erinevate signaalide hõivamine väga erineva amplituudiga ühe võttega.
Lülitustoiteallika põhitõed
Enamiku kaasaegsete süsteemide domineeriv alalisvoolu arhitektuur on lülitustoiteallikas (lülitustoiteallikas), mis on hästi tuntud oma võime poolest tõhusalt toime tulla muutuvate koormustega. Tüüpilise lülitustoiteallika toitesignaali tee sisaldab passiivseid komponente, aktiivseid komponente ja magnetkomponente. Lülitustoiteallikates kasutatakse võimalikult vähe kadudega komponente (nagu takistid ja lineaartransistorid) ning kasutatakse peamiselt (ideaaljuhul) kadudeta komponente: lülitustransistore, kondensaatoreid ja magnetkomponente.
Lülitustoiteseadmetel on ka juhtosa, mis sisaldab impulsi laiuse modulatsiooni regulaatorit, impulsi sagedusmodulatsiooni regulaatorit ning tagasisideahel 1 ja muid komponente. Juhtsektsioonil võib olla oma toiteallikas. Joonis 1 on lülitustoiteallika lihtsustatud skemaatiline diagramm, mis näitab võimsuse muundamise osa, sealhulgas aktiivseadmeid, passiivseid seadmeid ja magnetkomponente.
Lülitustoiteallika tehnoloogia kasutab toitepooljuhtlülitusseadmeid, nagu metalloksiidväljatransistorid (MOSFET) ja isoleeritud paisuga bipolaartransistorid (IGBT). Nendel seadmetel on lühike lülitusaeg ja need taluvad ebastabiilseid pinge hüppeid. Sama oluline on see, et need tarbivad väga vähe energiat, on väga tõhusad ja toodavad vähe soojust nii sisse- kui ka väljalülitatud olekus. Lülitusseadmed määravad suurel määral lülitustoiteallika üldise jõudluse. Lülitusseadmete peamised mõõtmised hõlmavad järgmist: lülituskadu, keskmine võimsuskadu, ohutu tööpiirkond ja muud.
