Anahtarlamalı Güç Kaynağını Dijital Osiloskopla Ölçme Yöntemi
Güç kaynakları, geleneksel analog tip güç kaynaklarından yüksek verimli anahtarlamalı güç kaynaklarına kadar çok çeşitli tür ve boyutlarda mevcuttur. Hepsinin karmaşık ve dinamik bir çalışma ortamıyla yüzleşmesi gerekiyor. Ekipman yükleri ve talepleri bir anda önemli ölçüde değişebilir. "Gündelik" bir anahtarlamalı güç kaynağı bile, ortalama çalışma seviyesinin çok üzerindeki anlık zirvelere dayanabilir. Bir sistemde kullanılacak güç kaynağını veya güç kaynağını tasarlayan mühendislerin, güç kaynağının statik koşullar altında ve en kötü durum koşullarında nasıl çalıştığını anlaması gerekir.
Geçmişte, bir güç kaynağının davranışını karakterize etmek, hareketsiz akımı ve voltajı dijital bir multimetre ile ölçmek ve bir hesap makinesi veya PC ile özenli hesaplamalar yapmak anlamına geliyordu. Bugün çoğu mühendis, tercih ettikleri güç ölçüm platformu olarak osiloskopa yöneliyor. Modern osiloskoplar, kurulumu basitleştiren ve dinamik ölçümleri kolaylaştıran entegre güç ölçümü ve analiz yazılımıyla donatılabilir. Kullanıcılar temel parametreleri özelleştirebilir, hesaplamaları otomatikleştirebilir ve yalnızca ham verileri değil sonuçları saniyeler içinde görebilir.
Güç Kaynağı Tasarım Sorunları ve Ölçüm İhtiyaçları
İdeal olarak her güç kaynağı, tasarlandığı matematiksel model gibi davranmalıdır. Ancak gerçek dünyada bileşenler arızalıdır, yükler değişebilir, güç kaynakları bozulabilir ve çevresel değişiklikler performansı etkileyebilir. Ayrıca değişen performans ve maliyet gereksinimleri güç kaynağı tasarımını karmaşık hale getiriyor. Şu soruları düşünün:
Güç kaynağı nominal gücünün ötesinde kaç watt'ı koruyabilir? Ne kadar süre dayanabilir? Güç kaynağı ne kadar ısı dağıtıyor? Aşırı ısındığında ne olur? Ne kadar soğutma hava akışına ihtiyacı var? Yük akımı önemli ölçüde arttığında ne olur? Cihaz nominal çıkış voltajını koruyabilir mi? Güç kaynağı çıkıştaki ölü kısa devreyle nasıl başa çıkıyor? 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 titiz bir ölçüm sistemi mühendislerin bu hedeflere ulaşmasını sağlayabilir.
Osiloskop ve Güç Ölçümleri
Osiloskopla yüksek bant genişliği ölçümleri yapmaya alışkın olanlar için güç kaynağı ölçümleri, nispeten düşük frekansları nedeniyle basit olabilir. Aslında güç ölçümünde yüksek hızlı devre tasarımcılarının asla karşılaşmak zorunda kalmayacağı pek çok zorluk vardır.
Şalt donanımının tamamı yüksek gerilimli ve "yüzer" olabilir, yani toprağa bağlı olmayabilir. Sinyalin darbe genişliği, periyodu, frekansı ve görev döngüsü değişebilir. Dalga formundaki anormallikleri tespit etmek için dalga formlarının aslına uygun şekilde yakalanması ve analiz edilmesi gerekir. Bu osiloskop için zorlu bir durumdur. Çoklu Problar—Tek uçlu, diferansiyel ve akım probları aynı anda gereklidir. Uzun vadeli düşük frekanslı kazanım sonuçları için kayıt alanı sağlamak amacıyla cihazın geniş bir belleğe sahip olması gerekir. Ve tek bir alımda çok farklı genliklere sahip farklı sinyallerin yakalanması gerekebilir.
Güç kaynağının temellerini değiştirme
Çoğu modern sistemdeki baskın DC güç mimarisi, değişen yükleri verimli bir şekilde idare etme yeteneği ile bilinen anahtarlamalı güç kaynağıdır (anahtarlamalı güç kaynağı). Tipik bir anahtarlamalı güç kaynağının güç sinyali yolu, pasif bileşenleri, aktif bileşenleri ve manyetik bileşenleri içerir. Anahtarlamalı güç kaynakları mümkün olduğunca az kayıplı bileşen (dirençler ve doğrusal transistörler gibi) ve çoğunlukla (ideal olarak) kayıpsız bileşenler kullanır: anahtarlama transistörleri, kapasitörler ve manyetikler.
Anahtarlamalı güç kaynağı cihazı ayrıca bir darbe genişliği modülasyon regülatörü, bir darbe frekansı modülasyon regülatörü ve bir geri besleme döngüsü (1) ve diğer bileşenleri içeren bir kontrol parçasına sahiptir. Kontrol bölümünün kendi güç kaynağı olabilir. Şekil 1, aktif cihazlar, pasif cihazlar ve manyetik bileşenler dahil olmak üzere güç dönüşüm bölümünü gösteren, anahtarlamalı bir 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 süreleri kısadır ve düzensiz voltaj yükselmelerine dayanabilirler. Aynı derecede önemli olan, hem açık hem de kapalı durumdayken çok az güç tüketmeleri, yüksek verimli olmaları ve düşük ısı üretmeleridir. Anahtarlama cihazları, anahtarlamalı bir güç kaynağının genel performansını büyük ölçüde belirler. Anahtarlama cihazlarındaki temel ölçümler şunları içerir: anahtarlama kaybı, ortalama güç kaybı, güvenli çalışma alanı ve diğerleri.
