DigitaleOscilloscopioMisurazione diAlimentatori a commutazione
Gli alimentatori sono disponibili in un'ampia varietà di tipi e dimensioni, dai tradizionali alimentatori di tipo analogico agli alimentatori a commutazione altamente efficienti. Tutti affrontano ambienti operativi complessi e dinamici. I carichi e i requisiti delle apparecchiature possono cambiare radicalmente in un istante. Anche gli alimentatori switching “quotidiani” devono essere in grado di sopportare picchi istantanei ben al di sopra del loro livello operativo medio. Ingegneri che progettano alimentatori o sistemi che lo farannoutilizzare alimentatoriè necessario capire come si comporterà l'alimentatore in condizioni statiche e nelle condizioni peggiori.
In passato, caratterizzare il comportamento di un alimentatore significava misurare correnti e tensioni di riposo con un digitalemultimetroed eseguire calcoli scrupolosi con una calcolatrice o un PC. Oggi, la maggior parte degli ingegneri sceglie gli oscilloscopi come piattaforma di misurazione della potenza preferita. I moderni oscilloscopi possono essere dotati di software integrato di misurazione e analisi della potenza, semplificando la configurazione e rendendo più facili le misurazioni dinamiche. Gli utenti possono personalizzare i parametri chiave, automatizzare i calcoli e visualizzare i risultati in pochi secondi, non solo i dati grezzi.
Problemi di progettazione degli alimentatori e relative esigenze di misurazione
Idealmente, ogni alimentatore dovrebbe funzionare come il modello matematico per il quale è stato progettato. Ma nel mondo reale,componentisono difettosi, i carichi cambiano, gli alimentatori possono essere distorti e i cambiamenti ambientali possono alterare le prestazioni. Inoltre, il cambiamento dei requisiti in termini di prestazioni e costi complica la progettazione degli alimentatori. Considera questi problemi:
Quanti watt può sostenere l'alimentatore oltre la sua potenza nominale? Quanto dura? Quanto calore emette l'alimentatore? Cosa succede quando si surriscalda? Quanto flusso d'aria di raffreddamento richiede? Cosa succede quando la corrente di carico aumenta notevolmente? L'unità riesce a mantenere la tensione di uscita nominale? Come farà l'alimentatore a far fronte a un cortocircuito completo in uscita? Cosa succede quando cambia la tensione in ingresso all'alimentatore?
I progettisti devono sviluppare alimentatori che occupino meno spazio, riducano il calore, riducano i costi di produzione e soddisfino gli standard EMI/EMC più rigorosi. Solo un sistema di misurazione rigoroso consentirà agli ingegneri di raggiungere questi obiettivi.
Oscilloscopi e misurazione della potenza
Per chi è abituato alle misurazioni con larghezza di banda elevata con gli oscilloscopi, le misurazioni dell'alimentazione possono essere semplici a causa della loro frequenza relativamente bassa. In realtà, ci sono molte sfide nelle misurazioni di potenza che i progettisti di circuiti ad alta velocità non devono mai affrontare.
La tensione attraverso il dispositivo di commutazione può essere elevata e "fluttuante", ovvero noa terra. L'ampiezza dell'impulso, il periodo, la frequenza e il ciclo di lavoro del segnale possono variare. Le forme d'onda devono essere acquisite e analizzate per rilevare anomalie. Questo è un requisito impegnativo per gli oscilloscopi. Sonde multiple: sono necessarie anche sonde a terminazione singola, sonde differenziali e sonde di corrente.Lo strumentodeve avere una memoria ampia per avere spazio sufficiente per registrare i risultati di acquisizioni lunghe e a bassa frequenza. Inoltre, potrebbe essere necessario acquisire segnali diversi con ampiezze molto variabili in un'unica acquisizione.
Fondamenti di alimentazione a commutazione
L'architettura di alimentazione CC dominante nella maggior parte dei sistemi moderni è l'alimentatore a commutazione (alimentatore a modalità commutata), ben noto per la sua capacità di far fronte in modo efficiente a carichi variabili. Il percorso del segnale di energia elettrica di un tipico alimentatore a commutazione comprende dispositivi passivi, dispositivi attivi e componenti magnetici. Gli alimentatori a commutazione utilizzano il minor numero possibile di componenti con perdite (ad es.resistorie transistor lineari) e utilizzano principalmente (idealmente) componenti senza perdite: transistor di commutazione,condensatorie componenti magnetici.
Le apparecchiature di alimentazione a commutazione dispongono anche di una sezione di controllo, che comprende componenti come un regolatore di modulazione della larghezza di impulso, un regolatore di modulazione della frequenza di impulso e un circuito di feedback1. La sezione di controllo può avere una propria alimentazione. FICO. 1 è uno schema semplificato di un alimentatore switching che mostra la sezione di conversione dell'energia elettrica, che include componenti attivi e passivi nonché componenti magnetici.
La tecnologia degli alimentatori a commutazione utilizza dispositivi di commutazione a semiconduttore di potenza come transistor a effetto di campo a ossido di metallo (MOSFET) con transistor bipolari a gate isolato (IGBT). Questi dispositivi hanno tempi di commutazione brevi e possono sopportare picchi di tensione instabili. Altrettanto importante, consumano pochissima energia sia nello stato acceso che spento, con conseguente elevata efficienza e bassa generazione di calore. I dispositivi di commutazione determinano in gran parte le prestazioni complessive di un alimentatore a commutazione. Le misurazioni chiave dei dispositivi di commutazione includono: perdite di commutazione, perdita di potenza media,sicuroarea operativa e altro.
