DigitalOsciloscopioMedida deFuentes de alimentación conmutadas
Las fuentes de alimentación vienen en una amplia variedad de tipos y tamaños, desde fuentes de alimentación tradicionales de tipo analógico hasta fuentes de alimentación conmutadas de alta eficiencia. Todos ellos enfrentan entornos operativos complejos y dinámicos. Las cargas y requisitos de los equipos pueden cambiar drásticamente en un instante. Incluso las fuentes de alimentación conmutadas "del día a día" deben poder soportar picos instantáneos muy por encima de su nivel operativo medio. Ingenieros que diseñan fuentes de alimentación o sistemas queutilizar fuentes de alimentaciónEs necesario comprender cómo se comportará la fuente de alimentación en condiciones estáticas y en las peores condiciones.
En el pasado, caracterizar el comportamiento de una fuente de alimentación significaba medir corrientes y voltajes en reposo con un instrumento digital.multímetroy realizar cálculos minuciosos con una calculadora o PC. Hoy en día, la mayoría de los ingenieros recurren a los osciloscopios como su plataforma preferida de medición de potencia. Los osciloscopios modernos pueden equiparse con software integrado de análisis y medición de potencia, lo que simplifica la configuración y facilita las mediciones dinámicas. Los usuarios pueden personalizar parámetros clave, automatizar cálculos y ver resultados en segundos, no solo datos sin procesar.
Problemas de diseño de fuentes de alimentación y sus necesidades de medición.
Idealmente, cada fuente de alimentación debería funcionar como el modelo matemático para el que fue diseñada. Pero en el mundo real,componentestienen fallas, las cargas cambian, las fuentes de alimentación pueden distorsionarse y los cambios ambientales pueden alterar el rendimiento. Además, los requisitos cambiantes de rendimiento y costos complican el diseño de la fuente de alimentación. Considere estas cuestiones:
¿Cuántos vatios puede soportar la fuente de alimentación más allá de su potencia nominal? ¿Cuánto dura? ¿Cuánto calor emite la fuente de alimentación? ¿Qué pasa cuando se sobrecalienta? ¿Cuánto flujo de aire de refrigeración requiere? ¿Qué sucede cuando la corriente de carga aumenta dramáticamente? ¿Puede la unidad mantener su voltaje de salida nominal? ¿Cómo afrontará la fuente de alimentación un cortocircuito completo en la salida? ¿Qué sucede cuando cambia el voltaje de entrada a la fuente de alimentación?
Los diseñadores necesitan desarrollar fuentes de alimentación que ocupen menos espacio, reduzcan el calor, reduzcan los costos de fabricación y cumplan con estándares EMI/EMC más estrictos. Sólo un sistema de medición riguroso permitirá a los ingenieros alcanzar estos objetivos.
Osciloscopios y medición de potencia
Para quienes están acostumbrados a mediciones de gran ancho de banda con osciloscopios, las mediciones de la fuente de alimentación pueden resultar sencillas debido a su frecuencia relativamente baja. En realidad, existen muchos desafíos en las mediciones de potencia que los diseñadores de circuitos de alta velocidad nunca tienen que enfrentar.
El voltaje a través del dispositivo de conmutación puede ser alto y "flotante", es decir, noconectado a tierra. El ancho del pulso, el período, la frecuencia y el ciclo de trabajo de la señal pueden variar. Las formas de onda deben capturarse y analizarse para detectar anomalías. Este es un requisito exigente para los osciloscopios. Sondas múltiples: también se requieren sondas de un solo extremo, sondas diferenciales y sondas de corriente.El instrumentodebe tener una gran memoria para tener espacio para registrar los resultados de adquisiciones largas y de baja frecuencia. Y puede ser necesario capturar diferentes señales con amplitudes muy variables en una sola adquisición.
Fundamentos de la fuente de alimentación conmutada
La arquitectura de alimentación de CC dominante en la mayoría de los sistemas modernos es la fuente de alimentación conmutada (fuente de alimentación de modo conmutado), que es bien conocida por su capacidad para hacer frente de manera eficiente a cargas variables. La ruta de la señal de energía eléctrica de una fuente de alimentación conmutada típica incluye dispositivos pasivos, dispositivos activos y componentes magnéticos. Las fuentes de alimentación conmutadas utilizan la menor cantidad posible de componentes con pérdidas (p. ej.,resistenciasy transistores lineales) y utilizan principalmente (idealmente) componentes sin pérdidas: transistores de conmutación,condensadoresy componentes magnéticos.
El equipo de fuente de alimentación conmutada también tiene una sección de control, que incluye componentes como un regulador de modulación de ancho de pulso, un regulador de modulación de frecuencia de pulso y un circuito de retroalimentación1. La sección de control puede tener su propia fuente de alimentación. HIGO. 1 es un esquema simplificado de una fuente de alimentación conmutada que muestra la sección de conversión de energía eléctrica, que incluye componentes activos y pasivos, así como componentes magnéticos.
La tecnología de fuente de alimentación conmutada utiliza dispositivos de conmutación de semiconductores de potencia, como transistores de efecto de campo de óxido metálico (MOSFET) con transistores bipolares de puerta aislada (IGBT). Estos dispositivos tienen tiempos de conmutación cortos y pueden soportar picos de voltaje inestables. Lo que es igualmente importante, consumen muy poca energía tanto en estado encendido como apagado, lo que da como resultado una alta eficiencia y una baja generación de calor. Los dispositivos de conmutación determinan en gran medida el rendimiento general de una fuente de alimentación conmutada. Las mediciones clave de los dispositivos de conmutación incluyen: pérdidas de conmutación, pérdida de potencia promedio,seguroárea de operación y otros.
