Com mesurar la pèrdua de potència de la font d'alimentació commutada amb un oscil·loscopi digital
La nova arquitectura de SMPS:Switch Mode PowerSupply) ha de proporcionar un alt corrent i baixa tensió als processadors amb alta velocitat de dades i classe GHz, que afegeix una nova pressió invisible als dissenyadors de dispositius en termes d'eficiència, densitat de potència, fiabilitat i cost. Per tenir en compte aquests requisits en el disseny, els dissenyadors han adoptat noves arquitectures com la tecnologia de rectificació síncrona, la correcció del filtre de potència activa i l'augment de la freqüència de commutació. Aquestes tecnologies també comporten alguns reptes més elevats, com ara una gran pèrdua de potència, dissipació de calor i EMI/EMC excessiva en dispositius de commutació.
Durant la transició de l'estat "apagat" (encès) a l'estat "encès" (apagat), el dispositiu d'alimentació tindrà un alt consum d'energia. (No obstant això, la pèrdua de potència dels dispositius de commutació en l'estat "encès" o "apagat" és menor, perquè el corrent a través del dispositiu o la tensió del dispositiu és molt petita). Els inductors i transformadors poden aïllar la tensió de sortida i suavitzar el corrent de càrrega. Els inductors i els transformadors també són susceptibles a la freqüència de commutació, cosa que provoca una dissipació de potència i fallades ocasionals a causa de la saturació.
Com que la potència dissipada al dispositiu d'alimentació de commutació determina l'eficiència global de l'efecte tèrmic de la font d'alimentació, és molt important mesurar la pèrdua de potència del dispositiu de commutació i l'inductor/transformador. Aquesta mesura pot determinar l'eficiència energètica i la dissipació de calor.
Mesura i anàlisi de la pèrdua de potència
1. Dispositiu de prova necessari per mesurar la pèrdua de potència
Circuit simplificat de transformació d'interruptors. El transistor de potència d'efecte de camp MOSFET controla el corrent sota l'excitació del rellotge de 40 kHz. El MOSFET no està connectat a terra de l'alimentació de CA o a terra de sortida del circuit, és a dir, està aïllat de terra. Per tant, és impossible mesurar simplement la tensió de referència de connexió a terra amb un oscil·loscopi, perquè si el cable de connexió a terra de la sonda està connectat a qualsevol terminal del MOSFET, el punt es curtcircuitarà amb el terra a través de l'oscil·loscopi.
En aquest cas, la mesura diferencial és una bona manera de mesurar la forma d'ona de tensió de M0SFET. Mitjançant la mesura diferencial, podeu mesurar VDS, és a dir, la tensió al terminal de drenatge i al terminal font del MOSFET. El VDS pot flotar per sobre de la tensió i el rang de tensió pot ser de desenes de volts a centenars de volts, depenent del rang de tensió del dispositiu d'alimentació. Podeu mesurar VDS de diverses maneres:
Cable de terra del xassís de l'oscil·loscopi de suspensió. Es recomana no utilitzar-lo, perquè és extremadament perjudicial per a l'usuari, el dispositiu a prova i l'oscil·loscopi.
S'utilitzen dues sondes passives convencionals d'un sol extrem per connectar els seus cables de connexió a terra, i després s'utilitza la funció de càlcul de canal de l'oscil·loscopi per mesurar. Aquest mètode de mesura s'anomena mesura quasi diferencial. Tanmateix, tot i que la sonda passiva es pot utilitzar en combinació amb l'amplificador d'un oscil·loscopi, no té la funció de "relació de rebuig de mode comú" (CMRR) que pot bloquejar correctament qualsevol tensió de mode comú. Aquesta configuració no pot mesurar amb precisió la tensió, però es pot utilitzar la sonda existent.
Utilitzeu l'aïllador de la sonda disponible a la botiga per aïllar el xassís de l'oscil·loscopi del terra. El cable de posada a terra de la sonda ja no serà el potencial de connexió a terra principal i la sonda es pot connectar directament a un punt de prova. L'aïllador de la sonda és una solució eficaç, però és car i el seu cost és de dues a cinc vegades el de la sonda diferencial.
Ús de sonda diferencial real en oscil·loscopi de banda ampla. Podeu mesurar VDS mitjançant sonda diferencial, que també és un bon mètode.
Quan mesureu el corrent a través del MOSFET, primer fixeu la sonda de corrent i, a continuació, ajusteu el sistema de mesura. Moltes sondes diferencials estan equipades amb condensadors de tall de compensació DC integrats. Apagueu l'equip provat i, un cop l'oscil·loscopi i la sonda estiguin completament escalfats, podeu establir el valor mitjà de les formes d'ona de tensió i corrent mesurades per l'oscil·loscopi. La configuració de sensibilitat hauria d'utilitzar els valors utilitzats en la mesura real. En absència de senyal, ajusteu el condensador de tall per ajustar la mitjana zero de cada forma d'ona a 0 V. Aquest pas pot reduir considerablement l'error de mesura causat per la tensió estàtica i el corrent al sistema de mesura.
