روش اندازه گیری منبع تغذیه سوئیچینگ با اسیلوسکوپ دیجیتال
منابع تغذیه انواع و اندازههای بسیار متنوعی دارند، از منابع تغذیه سنتی آنالوگ گرفته تا منابع تغذیه سوئیچینگ با راندمان بالا. همه آنها باید با یک محیط کاری پیچیده و پویا روبرو شوند. بارها و تقاضاهای تجهیزات می توانند در یک لحظه به طور چشمگیری تغییر کنند. حتی یک منبع تغذیه سوئیچینگ "روزمره" می تواند پیک های لحظه ای را به خوبی بیش از سطح عملکرد متوسط خود تحمل کند. مهندسانی که یک منبع تغذیه یا منبع تغذیه را برای استفاده در یک سیستم طراحی میکنند، باید بدانند که منبع تغذیه در شرایط استاتیک و همچنین در بدترین شرایط چگونه کار میکند.
در گذشته، مشخص کردن رفتار منبع تغذیه به معنای اندازه گیری جریان و ولتاژ ساکن با یک مولتی متر دیجیتال و انجام محاسبات پر زحمت با ماشین حساب یا کامپیوتر بود. امروزه اکثر مهندسان به اسیلوسکوپ به عنوان پلت فرم مورد نظر خود برای اندازه گیری توان روی می آورند. اسیلوسکوپهای مدرن را میتوان به نرمافزار اندازهگیری و تحلیل توان یکپارچه مجهز کرد که راهاندازی را سادهتر کرده و اندازهگیریهای دینامیکی را آسانتر میکند. کاربران میتوانند پارامترهای کلیدی را سفارشی کنند، محاسبات را خودکار کنند و نتایج را نه فقط دادههای خام، در چند ثانیه ببینند.
مسائل طراحی منبع تغذیه و نیازهای اندازه گیری آنها
در حالت ایده آل، هر منبع تغذیه باید مانند مدل ریاضی که برای آن طراحی شده است رفتار کند. اما در دنیای واقعی، قطعات معیوب هستند، بارها می توانند متفاوت باشند، منابع تغذیه ممکن است مخدوش شوند، و تغییرات محیطی می تواند عملکرد را تغییر دهد. همچنین، تغییر عملکرد و الزامات هزینه طراحی منبع تغذیه را پیچیده می کند. این سوالات را در نظر بگیرید:
منبع تغذیه می تواند چند وات فراتر از توان نامی خود را حفظ کند؟ چقدر میتونه دوام بیاره؟ منبع تغذیه چقدر گرما را از بین می برد؟ وقتی بیش از حد گرم می شود چه اتفاقی می افتد؟ چه مقدار جریان هوای خنک کننده نیاز دارد؟ وقتی جریان بار به میزان قابل توجهی افزایش می یابد چه اتفاقی می افتد؟ آیا دستگاه می تواند ولتاژ خروجی نامی را حفظ کند؟ منبع تغذیه چگونه با یک اتصال کوتاه در خروجی مقابله می کند؟ وقتی ولتاژ ورودی منبع تغذیه تغییر می کند چه اتفاقی می افتد؟
طراحان باید منابع تغذیه ای تولید کنند که فضای کمتری را اشغال کند، گرما را کاهش دهد، هزینه های تولید را کاهش دهد و استانداردهای سختگیرانه EMI/EMC را رعایت کند. فقط یک سیستم اندازه گیری دقیق می تواند مهندسان را قادر به دستیابی به این اهداف کند.
اسیلوسکوپ و اندازه گیری قدرت
برای کسانی که به اندازه گیری پهنای باند بالا با اسیلوسکوپ عادت دارند، اندازه گیری منبع تغذیه به دلیل فرکانس نسبتا پایین آنها می تواند ساده باشد. در واقع، چالشهای زیادی در اندازهگیری توان وجود دارد که طراحان مدارهای پرسرعت هرگز مجبور نیستند با آنها مواجه شوند.
کل تابلو برق ممکن است ولتاژ بالا و "شناور" باشد، یعنی به زمین متصل نباشد. عرض پالس، دوره، فرکانس و چرخه وظیفه سیگنال می تواند متفاوت باشد. برای تشخیص ناهنجاریها در شکل موج، شکلموجها باید بهطور صادقانه ضبط و تحلیل شوند. این مورد برای اسیلوسکوپ سخت است. پروب های چندگانه - پروب های تک سر، دیفرانسیل و جریان به طور همزمان مورد نیاز هستند. ابزار باید حافظه بزرگی داشته باشد تا فضای ضبط را برای نتایج طولانی مدت در فرکانس پایین فراهم کند. و ممکن است نیاز به گرفتن سیگنال های مختلف با دامنه های بسیار متفاوت در یک اکتساب باشد.
اصول سوئیچینگ منبع تغذیه
معماری غالب برق DC در اکثر سیستم های مدرن منبع تغذیه سوئیچینگ (منبع تغذیه سوئیچینگ) است که به دلیل توانایی آن در مدیریت بارهای مختلف به طور موثر شناخته شده است. مسیر سیگنال قدرت یک منبع تغذیه سوئیچینگ معمولی شامل اجزای غیرفعال، اجزای فعال و اجزای مغناطیسی است. منابع تغذیه سوئیچینگ تا حد امکان از اجزای کم تلفات (مانند مقاومت ها و ترانزیستورهای خطی) و عمدتاً (در حالت ایده آل) قطعات بدون تلفات استفاده می کنند: ترانزیستورهای سوئیچینگ، خازن ها و مغناطیسی.
دستگاه منبع تغذیه سوئیچینگ همچنین دارای یک قسمت کنترل است که شامل یک تنظیم کننده مدولاسیون عرض پالس، یک تنظیم کننده مدولاسیون فرکانس پالس و یک حلقه بازخورد 1 و سایر اجزا است. بخش کنترل ممکن است منبع تغذیه خود را داشته باشد. شکل 1 یک نمودار شماتیک ساده شده از منبع تغذیه سوئیچینگ است که بخش تبدیل توان شامل دستگاه های فعال، دستگاه های غیرفعال و اجزای مغناطیسی را نشان می دهد.
فناوری منبع تغذیه سوئیچینگ از دستگاه های سوئیچینگ نیمه هادی قدرت مانند ترانزیستورهای اثر میدان اکسید فلزی (MOSFET) و ترانزیستورهای دوقطبی گیت عایق (IGBT) استفاده می کند. این دستگاه ها زمان سوئیچینگ کوتاهی دارند و می توانند در برابر افزایش ناگهانی ولتاژ مقاومت کنند. به همان اندازه مهم است، آنها برق بسیار کمی را در هر دو حالت روشن و خاموش مصرف می کنند، بسیار کارآمد هستند و حرارت کم تولید می کنند. دستگاه های سوئیچینگ تا حد زیادی عملکرد کلی یک منبع تغذیه سوئیچینگ را تعیین می کنند. اندازهگیریهای کلیدی در دستگاههای سوئیچینگ عبارتند از: تلفات سوئیچینگ، میانگین تلفات توان، منطقه عملیاتی ایمن و موارد دیگر.
