Dijital Osiloskopla Anahtarlamalı Güç Kaynağını Ölçme Yöntemi
Geleneksel analog güç kaynaklarından verimli anahtarlamalı güç kaynaklarına kadar, güç kaynaklarının türleri ve boyutları büyük ölçüde farklılık gösterir. Hepsi karmaşık ve dinamik çalışma ortamlarıyla karşı karşıyadır. Ekipman yükü ve talebi bir anda önemli değişikliklere uğrayabilir. "Günlük" anahtarlamalı bir güç kaynağının bile ortalama çalışma seviyesini çok aşan anlık zirvelere dayanabilmesi gerekir. Güç kaynaklarını veya güç kaynaklarını kullanacak sistemleri tasarlayan mühendislerin, güç kaynağının statik ve en kötü koşullar altında çalışma koşullarını anlaması gerekir.
Geçmişte, güç kaynaklarının davranışsal özelliklerini tanımlamak, statik akımı ve voltajı ölçmek için dijital bir multimetre kullanmak ve bir hesap makinesi veya PC kullanarak zorlu hesaplamalar yapmak anlamına geliyordu. Günümüzde çoğu mühendis, tercih ettikleri güç ölçüm platformu olarak osiloskoplara yöneliyor. Modern osiloskoplar, kurulumu basitleştiren ve dinamik ölçümü kolaylaştıran entegre güç ölçümü ve analiz yazılımıyla donatılabilir. Kullanıcılar yalnızca ham veriler yerine önemli parametreleri özelleştirebilir, otomatik olarak hesaplayabilir ve sonuçları saniyeler içinde görebilir.
Güç kaynağı tasarımı sorunları ve ölçüm gereksinimleri
İdeal olarak her güç kaynağı, kendisi için tasarlanan matematiksel model gibi çalışmalıdır. Ancak gerçek dünyada bileşenler hatalıdır, yükler değişebilir, güç kaynağı bozulabilir ve çevresel değişiklikler performansı etkileyebilir. Üstelik sürekli değişen performans ve maliyet gereksinimleri de güç kaynağı tasarımını daha karmaşık hale getiriyor. Şu sorunları göz önünde bulundurun:
Güç kaynağı nominal gücünün ötesinde kaç watt gücü koruyabilir? Ne kadar süre dayanabilir? Güç kaynağı ne kadar ısı yayar? Aşırı ısındığında ne olur? Ne kadar soğutma havası akışı gerekiyor? Yük akımı önemli ölçüde arttığında ne olur? Cihaz nominal çıkış voltajını koruyabilir mi? Güç kaynağı çıkış ucundaki tam bir kısa devreye nasıl tepki verir? Güç kaynağının giriş voltajı değiştiğinde ne olur?
Tasarımcıların daha az yer kaplayan, ısıyı azaltan, üretim maliyetlerini düşüren ve daha sıkı EMI/EMC standartlarını karşılayan güç kaynakları geliştirmeleri gerekiyor. Yalnızca sıkı bir ölçüm sistemi mühendislerin bu hedeflere ulaşmasını sağlayabilir.
Osiloskop ve güç kaynağı ölçümü
Yüksek bant genişliği ölçümleri için osiloskop kullanmaya alışkın olanlar için, frekansı nispeten düşük olduğundan güç ölçümü basit olabilir. Aslında, yüksek hızlı devre tasarımcılarının güç ölçümünde asla karşılaşmak zorunda kalmayacağı birçok zorluk da vardır.
Tüm şalt sisteminin voltajı yüksek ve dalgalı olabilir, yani topraklanmamış olabilir. Sinyalin darbe genişliği, periyodu, frekansı ve görev döngüsü değişecektir. Dalga biçimini doğru bir şekilde yakalayıp analiz etmek ve dalga biçimindeki anormallikleri tespit etmek gerekir. Osiloskoplara yönelik gereksinimler zorludur. Çoklu problar - aynı anda tek uçlu problar, diferansiyel problar ve akım probları gerektirir. Uzun vadeli düşük frekanslı kazanım sonuçları için kayıt alanı sağlamak amacıyla cihazın geniş bir belleğe sahip olması gerekir. Ve tek bir alımda önemli genlik farklılıklarına sahip farklı sinyallerin yakalanması gerekebilir.
Anahtarlamalı Güç Kaynağının Temelleri
Çoğu modern sistemdeki ana akım DC güç kaynağı mimarisi, değişen yüklerle etkili bir şekilde başa çıkma yeteneğiyle bilinen bir anahtarlamalı güç kaynağıdır (SMPS). Tipik bir anahtarlamalı güç kaynağının elektrik sinyal yolu, pasif bileşenleri, aktif bileşenleri ve manyetik bileşenleri içerir. Anahtarlamalı güç kaynakları, dirençler ve doğrusal transistörler gibi kayıplı bileşenlerin kullanımını en aza indirmeli ve esas olarak (ideal olarak) anahtarlama transistörleri, kapasitörler ve manyetik bileşenler gibi kayıpsız bileşenleri kullanmalıdır.
Anahtarlamalı güç kaynağı cihazı aynı zamanda darbe genişliği modülasyonu regülatörü, darbe frekansı modülasyonu regülatörü ve geri besleme döngüsü 1 gibi bileşenleri içeren bir kontrol parçasına da sahiptir. Kontrol bölümünün kendi güç kaynağı olabilir. Şekil 1, aktif cihazlar, pasif cihazlar ve manyetik bileşenler dahil olmak üzere güç dönüşüm kısmını gösteren bir anahtarlamalı güç kaynağının basitleştirilmiş şematik diyagramıdır.
Anahtarlamalı güç kaynağı teknolojisi, metal oksit alan etkili transistörler (MOSFET'ler) ve yalıtımlı kapı bipolar transistörleri (IGBT'ler) gibi güç yarı iletken anahtarlama cihazlarını kullanır. Bu cihazların anahtarlama süresi kısadır ve dengesiz voltaj yükselmelerine dayanabilir. Aynı derecede önemli olan, yüksek verimlilik ve düşük ısı üretimi ile hem açık hem de kapalı durumda çok az enerji tüketmeleridir. Anahtarlama cihazları, anahtarlamalı güç kaynaklarının genel performansını büyük ölçüde belirler. Anahtarlama cihazlarının ana ölçümleri şunları içerir: anahtarlama kaybı, ortalama güç kaybı, güvenli çalışma alanı ve diğerleri.
