השיטה למדידת אספקת חשמל מיתוג עם אוסילוסקופ דיגיטלי
ספקי כוח מגיעים במגוון רחב של סוגים וגדלים, מאספקי כוח מסורתיים מסוג אנלוגי ועד לספקי כוח מיתוג ביעילות גבוהה. כולם צריכים להתמודד עם סביבת עבודה מורכבת ודינמית. עומסי ציוד ודרישות יכולים להשתנות באופן דרמטי ברגע. אפילו ספק כוח מיתוג "יומיומי" יכול לעמוד בפסגות רגעיות הרבה מעבר לרמת הפעולה הממוצעת שלו. מהנדסים שמתכננים ספק כוח או ספק כוח לשימוש במערכת צריכים להבין כיצד ספק הכוח פועל בתנאים סטטיים כמו גם בתנאים הגרועים ביותר.
בעבר, אפיון התנהגותו של ספק כוח פירושו מדידת זרם ומתח שקט עם מולטימטר דיגיטלי וביצוע חישובים קפדניים עם מחשבון או PC. כיום, רוב המהנדסים פונים לאוסילוסקופ כפלטפורמת מדידת הספק המועדפת עליהם. אוסילוסקופים מודרניים יכולים להיות מצוידים בתוכנה משולבת למדידת הספק וניתוח, המפשטת את ההגדרה ומקלה על מדידות דינמיות. משתמשים יכולים להתאים אישית פרמטרים מרכזיים, להפוך חישובים לאוטומטיים ולראות תוצאות תוך שניות, לא רק נתונים גולמיים.
בעיות תכנון של ספק כוח וצרכי המדידה שלהם
באופן אידיאלי, כל ספק כוח צריך להתנהג כמו המודל המתמטי שהוא תוכנן עבורו. אבל בעולם האמיתי, רכיבים פגומים, עומסים יכולים להשתנות, ספקי כוח יכולים להיות מעוותים ושינויים סביבתיים יכולים לשנות את הביצועים. כמו כן, שינויים בדרישות הביצועים והעלות מסבכים את תכנון ספק הכוח. שקול את השאלות האלה:
כמה וואט יכול ספק הכוח להחזיק מעבר להספק הנקוב שלו? כמה זמן זה יכול להימשך? כמה חום מפזר ספק הכוח? מה קורה כשהוא מתחמם יתר על המידה? כמה זרימת אוויר לקירור הוא צריך? מה קורה כאשר זרם העומס גדל באופן משמעותי? האם המכשיר יכול לשמור על מתח המוצא המדורג? איך ספק הכוח מתמודד עם קצר מת ביציאה? מה קורה כאשר מתח הכניסה של ספק הכוח משתנה?
מעצבים צריכים לפתח ספקי כוח שתופסים פחות מקום, להפחית חום, להפחית את עלויות הייצור ולעמוד בתקני EMI/EMC מחמירים יותר. רק מערכת מדידה קפדנית יכולה לאפשר למהנדסים להשיג את המטרות הללו.
אוסילוסקופ ומדידות כוח
למי שרגיל לבצע מדידות ברוחב פס גבוה עם אוסילוסקופ, מדידות אספקת החשמל יכולות להיות פשוטות בגלל התדרים הנמוכים יחסית שלהן. למעשה, ישנם אתגרים רבים במדידת הספק שמתכננים של מעגלים מהירים לעולם אינם צריכים להתמודד איתם.
המיתוג כולו עשוי להיות מתח גבוה ו"צף", כלומר, לא מחובר לאדמה. רוחב הדופק, התקופה, התדירות ומחזור העבודה של האות יכולים להשתנות. יש ללכוד ולנתח צורות גל בצורה נאמנה כדי לזהות חריגות בצורת הגל. זה תובעני על האוסילוסקופ. בדיקות מרובות - בדיקות חד-קצה, דיפרנציאליות וזרם נדרשות בו-זמנית. המכשיר חייב להיות בעל זיכרון גדול כדי לספק שטח הקלטה לתוצאות ארוכות טווח של רכישה בתדר נמוך. וייתכן שיידרש ללכוד אותות שונים עם אמפליטודות שונות בתכלית ברכישה אחת.
יסודות החלפת ספק כוח
ארכיטקטורת כוח ה-DC הדומיננטית ברוב המערכות המודרניות היא ספק הכוח המתג (מתג ספק כוח), הידוע ביכולתו להתמודד עם עומסים משתנים ביעילות. נתיב אות הכוח של ספק כוח מיתוג טיפוסי כולל רכיבים פסיביים, רכיבים אקטיביים ורכיבים מגנטיים. ספקי כוח מיתוג משתמשים בכמה שפחות רכיבים מאבדים (כגון נגדים וטרנזיסטורים לינאריים) ובעיקר (אידיאלי) רכיבים ללא הפסדים: טרנזיסטורי מיתוג, קבלים ומגנטים.
להתקן אספקת המתח המיתוג יש גם חלק בקרה, הכולל וסת אפנון רוחב דופק, וסת אפנון תדר דופק ולולאת משוב 1 ורכיבים נוספים. לחלק הבקרה יכול להיות ספק כוח משלו. איור 1 הוא תרשים סכמטי מפושט של ספק כוח מיתוג, המציג את קטע המרת הכוח, כולל התקנים פעילים, התקנים פסיביים ורכיבים מגנטיים.
טכנולוגיית מיתוג אספקת חשמל משתמשת בהתקני מיתוג מוליכים למחצה, כגון טרנזיסטורי אפקט שדה תחמוצת מתכת (MOSFET) וטרנזיסטורי שער דו-קוטביים מבודדים (IGBT). למכשירים אלה זמני מיתוג קצרים ויכולים לעמוד בקוצי מתח לא יציבים. לא פחות חשוב, הם צורכים מעט מאוד חשמל הן במצב ההפעלה והן במצב הכיבוי, הם יעילים מאוד ומייצרים חום נמוך. התקני מיתוג קובעים במידה רבה את הביצועים הכוללים של ספק כוח מיתוג. מדידות מפתח במכשירי מיתוג כוללות: אובדן מיתוג, אובדן חשמל ממוצע, אזור הפעלה בטוח ואחרים.
