Digitális oszcilloszkóp használata kapcsolóüzemű tápegység mérésére
A tápegységek sokféle típusú és méretű változatban kaphatók, a hagyományos analóg tápegységektől a nagy hatásfokú kapcsolóüzemű tápegységekig. Mindannyian összetett és dinamikus munkakörnyezetekkel néznek szembe. A berendezések terhelése és igénye egy pillanat alatt jelentősen megváltozhat. Még a "mindennapi" kapcsolóüzemű tápegységeknek is ki kell bírniuk az átlagos üzemi szintjüket jóval meghaladó pillanatnyi csúcsokat. A tápegységeket vagy tápegységeket használó rendszereket tervező mérnököknek meg kell érteniük, hogyan működik a tápegység statikus körülmények között, valamint a legrosszabb körülmények között.
A múltban a tápegység viselkedésének jellemzése a nyugalmi áram és feszültség digitális multiméterrel történő mérését, valamint számológéppel vagy számítógéppel gondos számítások elvégzését jelentette. Manapság a legtöbb mérnök az oszcilloszkópokat választja előnyben részesített teljesítménymérési platformként. A modern oszcilloszkópok felszerelhetők integrált teljesítménymérő és elemző szoftverrel, ami leegyszerűsíti a beállítást és megkönnyíti a dinamikus méréseket. A felhasználók testreszabhatják a legfontosabb paramétereket, automatizálhatják a számításokat, és másodpercek alatt láthatják az eredményeket, nem csak a nyers adatokat.
A tápegység tervezési kérdései és mérési követelményeik
Ideális esetben minden tápegységnek úgy kell viselkednie, mint annak a matematikai modellnek, amelyre tervezték. De a való világban az alkatrészek hibásak, a terhelések változhatnak, a tápegységek torzíthatnak, és a környezeti változások megváltoztathatják a teljesítményt. Ezenkívül a változó teljesítmény- és költségkövetelmények a tápegység tervezését is bonyolultabbá teszik. Fontolja meg ezeket a kérdéseket:
Hány watt teljesítményt képes fenntartani a tápegység a névleges teljesítményén túl? Meddig tarthat? Mennyi hőt ad le egy tápegység? Mi történik, ha túlmelegszik? Mekkora hűtési légáramot igényel? Mi történik, ha a terhelési áram jelentősen megnő? A készülék képes fenntartani a névleges kimeneti feszültséget? Hogyan reagál a tápegység egy teljes rövidzárlatra a kimeneten? Mi történik, ha a tápegység bemeneti feszültsége megváltozik?
A tervezőknek olyan tápegységeket kell fejleszteniük, amelyek kevesebb helyet foglalnak, csökkentik a hőt, csökkentik a gyártási költségeket és megfelelnek a szigorúbb EMI/EMC szabványoknak. Csak egy szigorú mérési rendszer képes lehetővé tenni a mérnökök számára e célok elérését.
Oszcilloszkóp és teljesítménymérés
Azok számára, akik hozzászoktak ahhoz, hogy nagy sávszélességű méréseket végezzenek oszcilloszkóppal, a tápfeszültség mérése egyszerű lehet, mivel viszonylag alacsony frekvenciájú. Valójában a teljesítménymérésben sok olyan kihívás van, amellyel a nagy sebességű áramkörök tervezőinek soha nem kell szembenézniük.
A teljes kapcsolóberendezés lehet nagyfeszültségű és "lebegő", azaz nincs földelve. A jel impulzusszélessége, periódusa, frekvenciája és munkaciklusa mind megváltozik. A hullámformát hűségesen kell rögzíteni és elemezni, hogy a hullámformában anomáliákat találjunk. Ez megköveteli az oszcilloszkópot. Több szonda – Egyvégű szondák, differenciálszondák és áramszondák egyaránt szükségesek. A műszernek nagy memóriával kell rendelkeznie, hogy rögzítési helyet biztosítson a hosszú távú alacsony frekvenciájú adatgyűjtési eredményekhez. És szükség lehet arra, hogy egy adatfelvétel során különböző jeleket rögzítsenek széles körben változó amplitúdóval.
A kapcsolóüzemű tápegység alapjai
A legtöbb modern rendszerben a domináns egyenáramú tápegység a kapcsolóüzemű tápegység (kapcsolótáp), amely jól ismert a változó terhelések hatékony kezelésére való képességéről. Egy tipikus kapcsolóüzemű tápegység teljesítményjelútja passzív, aktív és mágneses komponenseket tartalmaz. A kapcsolóüzemű tápegységek a lehető legkevesebb veszteséges komponenst (például ellenállást és lineáris tranzisztort) használnak, és főleg (ideális esetben) veszteségmentes alkatrészeket használnak: kapcsolótranzisztorokat, kondenzátorokat és mágneses alkatrészeket.
A kapcsolóüzemű tápegység rendelkezik egy vezérlőrésszel is, amely egy impulzusszélesség-modulációs szabályozót, egy impulzusfrekvencia-modulációs szabályozót, valamint egy 1. visszacsatoló hurkot és egyéb alkatrészeket tartalmaz. A vezérlőegység saját tápegységgel rendelkezhet. Az 1. ábra egy kapcsolóüzemű tápegység egyszerűsített vázlatos rajza, amelyen a teljesítményátalakítási rész látható, beleértve az aktív eszközöket, a passzív eszközöket és a mágneses alkatrészeket.
A kapcsolóüzemű tápegység technológia teljesítmény-félvezető kapcsolóeszközöket használ, például fém-oxid térhatástranzisztorokat (MOSFET) és szigetelt kapu bipoláris tranzisztorokat (IGBT). Ezek az eszközök rövid kapcsolási idővel rendelkeznek, és ellenállnak az instabil feszültségcsúcsoknak. Ugyanilyen fontos, hogy nagyon kevés energiát fogyasztanak, rendkívül hatékonyak és alacsony hőt termelnek, akár bekapcsolt, akár kikapcsolt állapotban. A kapcsolókészülékek nagymértékben meghatározzák a kapcsolóüzemű tápegység általános teljesítményét. A kapcsolókészülékek főbb mérései a következők: kapcsolási veszteség, átlagos teljesítményveszteség, biztonságos működési terület és egyebek.
