Die Methode zur Messung von Schaltnetzteilen mit einem digitalen Oszilloskop
Von herkömmlichen analogen Netzteilen bis hin zu effizienten Schaltnetzteilen variieren die Arten und Größen der Netzteile stark. Sie alle müssen sich komplexen und dynamischen Arbeitsumgebungen stellen. Die Geräteauslastung und -nachfrage kann sich augenblicklich erheblich ändern. Selbst ein „tägliches“ Schaltnetzteil muss in der Lage sein, momentane Spitzenwerte zu verkraften, die weit über seinem durchschnittlichen Betriebsniveau liegen. Ingenieure, die Netzteile oder Systeme zur Verwendung von Netzteilen entwerfen, müssen die Betriebsbedingungen des Netzteils unter statischen und ungünstigsten Bedingungen verstehen.
In der Vergangenheit bedeutete die Beschreibung der Verhaltensmerkmale eines Netzteils, statischen Strom und Spannung mit einem Digitalmultimeter zu messen und mühsame Berechnungen mit einem Taschenrechner oder PC durchzuführen. Heutzutage verwenden die meisten Ingenieure Oszilloskope als bevorzugte Leistungsmessplattform. Moderne Oszilloskope können mit integrierter Leistungsmess- und Analysesoftware ausgestattet werden, was Einstellungen vereinfacht und dynamische Messungen erleichtert. Benutzer können wichtige Parameter anpassen, automatisch berechnen und Ergebnisse innerhalb von Sekunden anzeigen, anstatt nur Rohdaten.
Probleme beim Netzteildesign und Messanforderungen
Im Idealfall sollte jedes Netzteil wie das für es entwickelte mathematische Modell funktionieren. Aber in der realen Welt weisen Komponenten Defekte auf, Lasten können sich ändern, die Stromversorgung kann verzerrt sein und Umgebungsveränderungen können die Leistung beeinträchtigen. Darüber hinaus machen sich ständig ändernde Leistungs- und Kostenanforderungen die Stromversorgungskonstruktion komplexer. Bedenken Sie diese Probleme:
Wie viele Watt Leistung kann das Netzteil über seine Nennleistung hinaus aufrechterhalten? Wie lange kann es dauern? Wie viel Wärme gibt das Netzteil ab? Was passiert, wenn es überhitzt? Wie viel Kühlluftstrom ist erforderlich? Was passiert, wenn der Laststrom deutlich ansteigt? Kann das Gerät seine Nennausgangsspannung halten? Wie reagiert das Netzteil auf einen kompletten Kurzschluss auf der Ausgangsseite? Was passiert, wenn sich die Eingangsspannung des Netzteils ändert?
Entwickler müssen Netzteile entwickeln, die weniger Platz beanspruchen, die Wärmeentwicklung reduzieren, die Herstellungskosten senken und strengere EMI/EMV-Standards erfüllen. Nur ein strenges Messsystem kann es Ingenieuren ermöglichen, diese Ziele zu erreichen.
Oszilloskop- und Stromversorgungsmessung
Für diejenigen, die es gewohnt sind, ein Oszilloskop für Messungen mit hoher Bandbreite zu verwenden, kann die Leistungsmessung einfach sein, da die Frequenz relativ niedrig ist. Tatsächlich gibt es bei der Leistungsmessung viele Herausforderungen, denen sich Entwickler von Hochgeschwindigkeitsschaltungen nie stellen müssen.
Die Spannung der gesamten Schaltanlage kann hoch und erdfrei sein, d. h. sie ist nicht geerdet. Die Impulsbreite, die Periode, die Frequenz und das Tastverhältnis des Signals variieren. Es ist notwendig, die Wellenform genau zu erfassen und zu analysieren und etwaige Anomalien in der Wellenform zu entdecken. Die Anforderungen an dieses Oszilloskop sind streng. Mehrere Tastköpfe – gleichzeitiger Bedarf an Single-Ended-Tastköpfen, Differenztastköpfen und Stromtastköpfen. Das Instrument muss über einen großen Speicher verfügen, um Platz für die Aufzeichnung langfristiger Niederfrequenz-Erfassungsergebnisse zu bieten. Und es kann erforderlich sein, verschiedene Signale mit erheblich unterschiedlichen Amplituden in einer einzigen Erfassung zu erfassen.
