Hoe het vermogensverlies van een schakelende voeding te meten met een digitale oscilloscoop
De nieuwe architectuur van SMPS:Switch Mode PowerSupply) moet hoge stroom en lage spanning leveren aan processors met hoge datasnelheid en GHz-klasse, wat onzichtbare nieuwe druk toevoegt aan ontwerpers van stroomapparaten in termen van efficiëntie, vermogensdichtheid, betrouwbaarheid en kosten. Om met deze eisen rekening te houden in het ontwerp hebben ontwerpers nieuwe architecturen toegepast, zoals synchrone gelijkrichttechnologie, actieve vermogensfiltercorrectie en toenemende schakelfrequentie. Deze technologieën brengen ook een aantal grotere uitdagingen met zich mee, zoals een hoog vermogensverlies, warmtedissipatie en overmatige EMI/EMC op schakelapparatuur.
Tijdens de overgang van de toestand "uit" (aan) naar "aan" (uit) zal het voedingsapparaat een hoog stroomverbruik hebben. (Het vermogensverlies van schakelapparaten in de "aan" of "uit" toestand is echter minder, omdat de stroom door het apparaat of de spanning op het apparaat erg klein is). Inductoren en transformatoren kunnen de uitgangsspanning isoleren en de belastingsstroom afvlakken. Inductoren en transformatoren zijn ook gevoelig voor schakelfrequenties, wat resulteert in vermogensdissipatie en incidentele storingen als gevolg van verzadiging.
Omdat het in het schakelende voedingsapparaat gedissipeerde vermogen de algehele efficiëntie van het thermische effect van de voeding bepaalt, is het erg belangrijk om het vermogensverlies van het schakelapparaat en de inductor/transformator te meten. Deze meting kan de energie-efficiëntie en warmteafvoer bepalen.
Meting en analyse van vermogensverlies
1. Testapparaat vereist voor het meten van vermogensverlies
Vereenvoudigd circuit van schakelaartransformatie. De MOSFET-veldeffectvermogenstransistor regelt de stroom onder excitatie van een klok van 40 kHz. MOSFET is niet verbonden met aarde van de AC-voeding of circuituitgang, dat wil zeggen dat hij geïsoleerd is van aarde. Daarom is het onmogelijk om eenvoudigweg de aardingsreferentiespanning te meten met een oscilloscoop, omdat als de aardingsdraad van de sonde op een willekeurige aansluiting van de MOSFET wordt aangesloten, het punt via de oscilloscoop met de aarde zal worden kortgesloten.
In dit geval is differentiële meting een goede manier om de spanningsgolfvorm van M0SFET te meten. Door differentiële meting kunt u VDS meten, dat wil zeggen de spanning op de drain-terminal en de source-terminal van MOSFET. VDS kan boven de spanning zweven en het spanningsbereik kan tientallen volt tot honderden volt bedragen, afhankelijk van het spanningsbereik van het voedingsapparaat. U kunt VDS op verschillende manieren meten:
Chassisaarddraad van ophangoscilloscoop. Het wordt aanbevolen om het niet te gebruiken, omdat het uiterst schadelijk is voor de gebruiker, het te testen apparaat en de oscilloscoop.
Twee conventionele passieve sondes met één uiteinde worden gebruikt om hun aardingsdraden met elkaar te verbinden, en vervolgens wordt de kanaalberekeningsfunctie van de oscilloscoop gebruikt om te meten. Deze meetmethode wordt quasi-differentiële meting genoemd. Hoewel de passieve sonde echter kan worden gebruikt in combinatie met de versterker van een oscilloscoop, mist deze de functie van een "common mode-rejection ratio" (CMRR), die elke common-mode-spanning op de juiste manier kan blokkeren. Met deze instelling kan de spanning niet nauwkeurig worden gemeten, maar de bestaande sonde kan worden gebruikt.
Gebruik de in de winkel verkrijgbare sonde-isolator om het chassis van de oscilloscoop van de grond te isoleren. De aardingsdraad van de sonde zal niet langer het belangrijkste aardingspotentiaal zijn en de sonde kan rechtstreeks op een testpunt worden aangesloten. Sonde-isolator is een effectieve oplossing, maar is duur en de kosten zijn twee tot vijf keer zo hoog als die van een differentiële sonde.
Gebruik van een echte differentiële sonde op een breedbandoscilloscoop. U kunt VDS meten met een differentiële sonde, wat ook een goede methode is.
Wanneer u stroom via MOSFET meet, klemt u eerst de stroomtang vast en stelt u vervolgens het meetsysteem nauwkeurig af. Veel differentiaalsondes zijn uitgerust met ingebouwde DC-offset-trimcondensatoren. Schakel de geteste apparatuur uit en nadat de oscilloscoop en de sonde volledig zijn opgewarmd, kunt u de gemiddelde waarde van de door de oscilloscoop gemeten spannings- en stroomgolfvormen instellen. De gevoeligheidsinstelling moet de waarden gebruiken die bij de daadwerkelijke meting worden gebruikt. Als er geen signaal is, past u de trimcondensator aan om het nulgemiddelde van elke golfvorm aan te passen aan 0 V. Deze stap kan de meetfout die wordt veroorzaakt door de statische spanning en stroom in het meetsysteem aanzienlijk verminderen.
