【導讀】電源在生活中的作用很多,發(fā)揮的作用更不容小視。電源能將電能在兩臺設備之間自由轉換,將交流單元轉換成直流電源。那么如何進行電源測量和分析呢?本文小編就帶你走捷徑。
電源分成許多不同的類型和規(guī)格, 包括傳統(tǒng)模擬式電源電源到高效的開關式電源。所有這些電源都面臨著復雜的動態(tài)工作環(huán)境。設備負載和需求在不同時間之間可能會大幅度變化。 即使是商用開關電源, 也必須能夠承受突然出現(xiàn)的遠遠超過平均工作電流的峰值電流。設計電源或設計采用電源的系統(tǒng)的工程師必需了解電源在靜止條件到最壞條件下的行為。
從歷史上看, 檢定電源行為意味著使用數(shù)字萬用表進行靜態(tài)電流和電壓測量,然后在計算器或PC上麻煩地進行計算。今天,大多數(shù)工程師正轉向示波器,作為首選的電源測量平臺。
現(xiàn)代示波器可以配備集成電源測量和分析軟件,簡化設置, 更輕松地進行測量。 用戶可以定制關鍵參數(shù),自動進行計算,在幾秒鐘內查看結構,而不只是原始數(shù)字。
電源設計問題指向測量需求
在理想狀態(tài)下, 每個電源的的行為方式都應與設計使用的數(shù)學模型類似。 但在實際環(huán)境中, 元件是不理想的, 負載會變化, 線路電源可能會失真, 環(huán)境變化會改變性能。此外, 性能和成本需求變化也進一步提高了電源設計的復雜性??紤]一下下面的問題:
電源可以保持高于額定輸出容量多少瓦?保持多長時間?
電源散發(fā)多少熱量?在過熱時會出現(xiàn)什么情況?要求多少冷卻氣流?
在負載電流大幅度提高時會發(fā)生什么情況?設備能夠保持額定輸出電壓(負載穩(wěn)壓)?電源對輸出完全短路會作出什么樣的反應?
在電源輸入電壓變化時會發(fā)生什么情況(線路穩(wěn)壓)?
設計人員需要開發(fā)出占用空間更少、能耗效率更高、減少散熱量、降低制造成本、滿足更嚴格的 EMI/EMC 標準的電源。只有嚴格的測量體系,才能引導工程師實現(xiàn)上述目標。
開關式電源基礎知識
在大多數(shù)現(xiàn)代系統(tǒng)中,流行的 DC 電源結構是開關式電源(SMPS),這種電源因能夠高效處理負載變化而聞名。典型SMPS的電源信號路徑包括無源元件、有源元件和磁性元件。SMPS 最大限度地減少了有損耗的元件的使用量, 如電阻器和線性模式晶體管, 重點采用(在理想條件下)沒有損耗的元件, 如開關式晶體管、 電容器和磁性元件。
SMPS技術依托電源半導體開關設備, 如金屬氧化物場效應晶體管(MOSFET)和絕緣門雙極晶體管(IGBT)。這些設備提供了快速開關時間, 能夠耐受沒有規(guī)律的電壓峰值。同樣重要的是,其在 On 狀態(tài)或 Off 狀態(tài)下消耗的功率非常小,實現(xiàn)了很高的效率,而生成的熱量很低。開關設備在極大程度上決定著 SMPS 的整體性能。開關設備的關鍵測量項目包括開關損耗、平均功率損耗、安全工作區(qū)等等。
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