Phương pháp đo nguồn điện chuyển mạch bằng máy hiện sóng kỹ thuật số
Từ các bộ nguồn analog truyền thống đến các bộ nguồn chuyển mạch hiệu quả, loại và kích cỡ của các bộ nguồn rất khác nhau. Họ đều phải đối mặt với môi trường làm việc phức tạp và năng động. Tải trọng và nhu cầu thiết bị có thể trải qua những thay đổi đáng kể ngay lập tức. Ngay cả nguồn điện chuyển mạch "hàng ngày" cũng phải có khả năng chịu được mức đỉnh tức thời vượt xa mức hoạt động trung bình của nó. Các kỹ sư thiết kế bộ nguồn hoặc hệ thống sử dụng bộ nguồn cần hiểu rõ các điều kiện hoạt động của bộ nguồn trong điều kiện tĩnh và trong trường hợp xấu nhất.
Trước đây, việc mô tả đặc tính hoạt động của nguồn điện có nghĩa là sử dụng đồng hồ vạn năng kỹ thuật số để đo dòng điện và điện áp tĩnh cũng như thực hiện các phép tính phức tạp bằng máy tính hoặc PC. Ngày nay, hầu hết các kỹ sư đều sử dụng máy hiện sóng làm nền tảng đo công suất ưa thích của họ. Máy hiện sóng hiện đại có thể được trang bị phần mềm phân tích và đo công suất tích hợp, giúp đơn giản hóa việc thiết lập và thực hiện phép đo động dễ dàng hơn. Người dùng có thể tùy chỉnh các tham số chính, tự động tính toán và xem kết quả trong vài giây, thay vì chỉ dữ liệu thô.
Các vấn đề về thiết kế nguồn điện và yêu cầu đo lường
Lý tưởng nhất là mỗi bộ nguồn phải hoạt động giống như mô hình toán học được thiết kế cho nó. Nhưng trong thế giới thực, các thành phần đều có sai sót, tải có thể thay đổi, nguồn điện có thể bị bóp méo và những thay đổi về môi trường có thể làm thay đổi hiệu suất. Hơn nữa, các yêu cầu về hiệu suất và chi phí thay đổi liên tục cũng khiến cho việc thiết kế bộ nguồn trở nên phức tạp hơn. Hãy xem xét những vấn đề sau:
Bộ nguồn có thể duy trì bao nhiêu watt điện vượt quá công suất định mức? Nó có thể kéo dài bao lâu? Nguồn điện tỏa ra bao nhiêu nhiệt? Điều gì xảy ra khi nó quá nóng? Nó cần bao nhiêu luồng không khí làm mát? Điều gì xảy ra khi dòng tải tăng đáng kể? Thiết bị có thể duy trì điện áp đầu ra định mức không? Bộ nguồn phản ứng như thế nào khi bị đoản mạch hoàn toàn ở đầu ra? Điều gì xảy ra khi điện áp đầu vào của nguồn điện thay đổi?
Các nhà thiết kế cần phát triển các bộ nguồn chiếm ít không gian hơn, giảm nhiệt, giảm chi phí sản xuất và đáp ứng các tiêu chuẩn EMI/EMC chặt chẽ hơn. Chỉ có hệ thống đo lường nghiêm ngặt mới có thể giúp các kỹ sư đạt được những mục tiêu này.
Máy hiện sóng và đo nguồn điện
Đối với những người quen sử dụng máy hiện sóng để đo băng thông cao, việc đo công suất có thể đơn giản vì tần số của nó tương đối thấp. Trên thực tế, cũng có rất nhiều thách thức mà các nhà thiết kế mạch tốc độ cao không bao giờ phải đối mặt trong việc đo công suất.
Điện áp của toàn bộ thiết bị đóng cắt có thể cao và lơ lửng, nghĩa là nó không được nối đất. Độ rộng xung, chu kỳ, tần số và chu kỳ nhiệm vụ của tín hiệu đều sẽ khác nhau. Cần phải nắm bắt và phân tích dạng sóng một cách trung thực và phát hiện bất kỳ sự bất thường nào trong dạng sóng. Các yêu cầu đối với máy hiện sóng rất khắt khe. Nhiều đầu dò - đồng thời yêu cầu đầu dò một đầu, đầu dò vi sai và đầu dò dòng điện. Thiết bị phải có bộ nhớ lớn để cung cấp không gian ghi cho kết quả thu nhận tần số thấp trong thời gian dài. Và nó có thể yêu cầu thu các tín hiệu khác nhau với biên độ chênh lệch đáng kể trong một lần thu.
Nguyên tắc cơ bản của việc cung cấp năng lượng chuyển mạch
Kiến trúc nguồn điện DC chủ đạo trong hầu hết các hệ thống hiện đại là nguồn điện chuyển mạch (SMPS), nổi tiếng với khả năng đối phó hiệu quả với các tải thay đổi. Đường dẫn tín hiệu điện của nguồn điện chuyển mạch điển hình bao gồm các thành phần thụ động, thành phần hoạt động và thành phần từ tính. Bộ nguồn chuyển mạch nên giảm thiểu việc sử dụng các thành phần tổn hao như điện trở và bóng bán dẫn tuyến tính, và chủ yếu sử dụng (lý tưởng) các thành phần không tổn hao như bóng bán dẫn chuyển mạch, tụ điện và các thành phần từ tính.
Thiết bị cấp nguồn chuyển mạch còn có bộ phận điều khiển, bao gồm các bộ phận như bộ điều chỉnh độ rộng xung, bộ điều chỉnh điều chế tần số xung và vòng phản hồi 1. Phần điều khiển có thể có nguồn điện riêng. Hình 1 là sơ đồ đơn giản hóa của nguồn điện chuyển mạch, trong đó hiển thị phần chuyển đổi nguồn, bao gồm các thiết bị hoạt động, thiết bị thụ động và các bộ phận từ tính.
Công nghệ cung cấp điện chuyển mạch sử dụng các thiết bị chuyển mạch bán dẫn điện như bóng bán dẫn hiệu ứng trường oxit kim loại (MOSFET) và bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện (IGBT). Các thiết bị này có thời gian chuyển mạch ngắn và có thể chịu được các xung điện áp không ổn định. Điều quan trọng không kém là chúng tiêu thụ rất ít năng lượng ở cả trạng thái mở và đóng, với hiệu suất cao và sinh nhiệt thấp. Các thiết bị chuyển mạch quyết định phần lớn hiệu suất tổng thể của nguồn điện chuyển mạch. Các phép đo chính của thiết bị chuyển mạch bao gồm: tổn thất chuyển mạch, tổn thất điện năng trung bình, khu vực làm việc an toàn và các phép đo khác.
