Dijital osiloskopla anahtarlamalı güç kaynağının güç kaybı nasıl ölçülür?
SMPS'nin yeni mimarisi: Anahtarlamalı Mod PowerSupply), yüksek veri hızına ve GHz sınıfına sahip işlemcilere yüksek akım ve düşük voltaj sağlamalıdır; bu da güç cihazı tasarımcılarına verimlilik, güç yoğunluğu, güvenilirlik ve maliyet açısından görünmez yeni bir baskı ekler. Tasarımcılar tasarımda bu gereksinimleri dikkate almak için senkron doğrultma teknolojisi, aktif güç filtresi düzeltmesi ve anahtarlama frekansının arttırılması gibi yeni mimarileri benimsemiştir. Bu teknolojiler aynı zamanda yüksek güç kaybı, ısı dağılımı ve anahtarlama cihazlarında aşırı EMI/EMC gibi bazı daha yüksek zorlukları da beraberinde getiriyor.
"Kapalı" (açık) durumdan "açık" (kapalı) duruma geçiş sırasında güç kaynağı cihazının güç tüketimi yüksek olacaktır. (Ancak "açık" veya "kapalı" durumdaki anahtarlama cihazlarının güç kaybı daha azdır çünkü cihazdan geçen akım veya cihazdaki voltaj çok küçüktür). İndüktörler ve transformatörler çıkış voltajını izole edebilir ve yük akımını düzeltebilir. İndüktörler ve transformatörler de anahtarlama frekansına duyarlıdır, bu da güç kaybına ve doygunluk nedeniyle ara sıra arızalara neden olur.
Anahtarlamalı güç kaynağı cihazında harcanan güç, güç kaynağının termal etkisinin genel verimliliğini belirlediğinden, anahtarlama cihazının ve indüktörün/transformatörün güç kaybının ölçülmesi çok önemlidir. Bu ölçüm, güç verimliliğini ve ısı dağılımını belirleyebilir.
Güç kaybının ölçümü ve analizi
1. Güç kaybı ölçümü için gerekli test cihazı
Anahtar dönüşümünün basitleştirilmiş devresi. MOSFET alan etkili güç transistörü, 40kHz saatin uyarılması altında akımı kontrol eder. MOSFET, AC besleyici topraklamasına veya devre çıkış topraklamasına bağlı değildir, yani topraktan yalıtılmıştır. Bu nedenle, topraklama referans voltajını bir osiloskopla basitçe ölçmek imkansızdır, çünkü probun topraklama kablosu MOSFET'in herhangi bir terminaline bağlanırsa, nokta osiloskop aracılığıyla toprakla kısa devre yapacaktır.
Bu durumda diferansiyel ölçüm, M0SFET'in voltaj dalga biçimini ölçmenin iyi bir yoludur. Diferansiyel ölçümle VDS'yi, yani MOSFET'in drenaj terminali ve kaynak terminalindeki voltajı ölçebilirsiniz. VDS, voltajın üzerinde dalgalanabilir ve voltaj aralığı, güç kaynağı cihazının voltaj aralığına bağlı olarak onlarca volttan yüzlerce volta kadar olabilir. VDS'yi çeşitli şekillerde ölçebilirsiniz:
Süspansiyon osiloskopunun şasi topraklama kablosu. Kullanıcıya, test edilen cihaza ve osiloskopa son derece zararlı olduğundan kullanılmaması tavsiye edilir.
Topraklama kablolarını birbirine bağlamak için iki geleneksel tek uçlu pasif prob kullanılır ve ardından ölçüm yapmak için osiloskobun kanal hesaplama fonksiyonu kullanılır. Bu ölçüm yöntemine yarı diferansiyel ölçüm denir. Bununla birlikte, pasif prob bir osiloskobun yükselticisi ile kombinasyon halinde kullanılabilse de, herhangi bir ortak mod voltajını düzgün bir şekilde bloke edebilen "ortak mod reddetme oranı" (CMRR) fonksiyonundan yoksundur. Bu ayar voltajı doğru şekilde ölçemez ancak mevcut prob kullanılabilir.
Osiloskop şasisini zeminden izole etmek için mağazada bulunan prob izolatörünü kullanın. Probun topraklama kablosu artık ana topraklama potansiyeli olmayacak ve prob doğrudan bir test noktasına bağlanabilir. Prob izolatörü etkili bir çözümdür ancak pahalıdır ve maliyeti diferansiyel probun iki ila beş katıdır.
Geniş bant osiloskopta gerçek diferansiyel probun kullanılması. VDS'yi diferansiyel prob ile ölçebilirsiniz ki bu da iyi bir yöntemdir.
MOSFET aracılığıyla akımı ölçerken, önce akım probunu kelepçeleyin ve ardından ölçüm sistemine ince ayar yapın. Birçok diferansiyel prob, yerleşik DC ofset düzeltme kapasitörleriyle donatılmıştır. Test edilen ekipmanı kapatın ve osiloskop ve prob tamamen ısındıktan sonra, osiloskop tarafından ölçülen voltaj ve akım dalga formlarının ortalama değerini ayarlayabilirsiniz. Hassasiyet ayarı, gerçek ölçümde kullanılan değerleri kullanmalıdır. Sinyal olmadığında, her dalga formunun sıfır ortalamasını 0 V'ye ayarlamak için düzeltme kapasitörünü ayarlayın. Bu adım, ölçüm sistemindeki statik voltaj ve akımın neden olduğu ölçüm hatasını büyük ölçüde azaltabilir.
