Phương pháp đo nguồn điện chuyển mạch bằng máy hiện sóng kỹ thuật số
Bộ nguồn có nhiều loại và kích cỡ khác nhau, từ bộ nguồn kiểu analog truyền thống đến bộ nguồn chuyển mạch hiệu suất cao. Họ đều phải đối mặt với một môi trường làm việc phức tạp và năng động. Tải trọng và nhu cầu thiết bị có thể thay đổi đáng kể ngay lập tức. Ngay cả nguồn điện chuyển mạch "hàng ngày" cũng có thể chịu được mức đỉnh nhất thời vượt quá mức hoạt động trung bình của nó. Các kỹ sư thiết kế nguồn điện hoặc nguồn điện được sử dụng trong hệ thống cần hiểu cách thức hoạt động của nguồn điện trong điều kiện tĩnh cũng như điều kiện trong trường hợp xấu nhất.
Trước đây, việc mô tả hoạt động của nguồn điện có nghĩa là đo dòng điện và điện áp tĩnh bằng đồng hồ vạn năng kỹ thuật số và thực hiện các phép tính tỉ mỉ 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 các phép đo động dễ dàng hơn. Người dùng có thể tùy chỉnh các tham số chính, tự động tính toán và xem kết quả sau vài giây chứ không chỉ dữ liệu thô.
Các vấn đề về thiết kế nguồn điện và nhu cầu đo lường của chúng
Lý tưởng nhất là mọi nguồn điện phải hoạt động giống như mô hình toán học mà nó được thiết kế. Nhưng trong thế giới thực, các bộ phận bị lỗi, tải có thể thay đổi, nguồn điện có thể bị méo và những thay đổi về môi trường có thể làm thay đổi hiệu suất. Ngoài ra, việc thay đổi các yêu cầu về hiệu suất và chi phí cũng làm phức tạp thêm việc thiết kế nguồn điện. Hãy xem xét những câu hỏi sau:
Bộ nguồn có thể duy trì được bao nhiêu watt vượt quá công suất định mức? Nó có thể kéo dài bao lâu? Nguồn điện tiêu hao 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 xử lý tình trạng thiếu điện ở đầu ra như thế nào? 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 công suất
Đối với những người quen thực hiện các phép đo băng thông cao bằng máy hiện sóng, các phép đo nguồn điện có thể đơn giản vì tần số tương đối thấp của chúng. Trên thực tế, có rất nhiều thách thức trong việc đo công suất mà các nhà thiết kế mạch tốc độ cao không bao giờ phải đối mặt.
Toàn bộ thiết bị đóng cắt có thể có điện áp cao và "nổi", tức là không được nối đất. Độ rộng xung, chu kỳ, tần số và chu kỳ nhiệm vụ của tín hiệu có thể khác nhau. Các dạng sóng phải được ghi lại và phân tích một cách trung thực để phát hiện các điểm bất thường trong dạng sóng. Đây là yêu cầu khắt khe trên máy hiện sóng. Nhiều đầu dò—Cần có các đầu dò một đầu, vi sai và dòng điện cùng một lúc. 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 có thể cần phải thu được các tín hiệu khác nhau với biên độ rất khác nhau trong một lần thu.
Khái niệm cơ bản về chuyển đổi nguồn điện
Kiến trúc nguồn DC chiếm ưu thế trong hầu hết các hệ thống hiện đại là nguồn điện chuyển mạch (nguồn điện chuyển mạch), được biết đến với khả năng xử lý các tải khác nhau một cách hiệu quả. Đường dẫn tín hiệu nguồn của nguồn điện chuyển mạch thông thường bao gồm các thành phần thụ động, thành phần hoạt động và thành phần từ tính. Bộ nguồn chuyển mạch sử dụng càng ít thành phần tổn hao càng tốt (chẳng hạn như điện trở và bóng bán dẫn tuyến tính) và hầu hết (lý tưởng) là các thành phần không tổn hao: bóng bán dẫn chuyển mạch, tụ điện và từ tính.
Thiết bị cấp nguồn chuyển mạch còn có bộ phận điều khiển, bao gồm bộ điều chỉnh độ rộng xung, bộ điều chỉnh tần số xung và vòng phản hồi 1 và các thành phần khác. Phần điều khiển có thể có nguồn điện riêng. Hình 1 là sơ đồ đơn giản của nguồn điện chuyển mạch, hiển thị phần chuyển đổi nguồn, bao gồm các thiết bị chủ 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 thất thường. Điều quan trọng không kém là chúng tiêu thụ rất ít điện năng ở cả trạng thái bật và tắt, có hiệu suất cao và tạo ra nhiệt độ thấp. Các thiết bị chuyển mạch quyết định phần lớn hiệu suất tổng thể của nguồn điện chuyển mạch. Các phép đo chính trên thiết bị chuyển mạch bao gồm: tổn thất chuyển mạch, tổn thất điện năng trung bình, vùng vận hành an toàn và các yếu tố khác.
