Измерения осциллографом в импульсных блоках питания: особенности и методика — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как правильно проводить измерения осциллографом в импульсных блоках питания. Какие настройки осциллографа оптимальны для диагностики БП. На что обратить внимание при анализе осциллограмм импульсных источников питания.

Содержание

Особенности проведения измерений в импульсных блоках питания

Измерения осциллографом в импульсных блоках питания имеют ряд важных особенностей:

Необходимо использовать развязывающий трансформатор для безопасности
Требуется высокая полоса пропускания осциллографа (не менее 100 МГц)
Желательно применять дифференциальные пробники для измерения высоких напряжений
Важно правильно настроить развертку и синхронизацию для захвата импульсных сигналов
Необходимо учитывать паразитные емкости и индуктивности пробников

При проведении измерений следует соблюдать меры предосторожности, так как в блоках питания присутствуют опасные напряжения.

Оптимальные настройки осциллографа для диагностики импульсных БП

Для получения качественных осциллограмм при диагностике импульсных источников питания рекомендуются следующие настройки осциллографа:

Полоса пропускания — не менее 100 МГц
Частота дискретизации — от 1 ГГц
Развертка — 100-500 нс/дел для захвата фронтов импульсов
Синхронизация — по фронту импульса на силовом ключе
Режим запуска — одиночный для захвата переходных процессов
Входное сопротивление — 1 МОм для снижения нагрузки на схему

Важно правильно выбрать точки подключения пробников и использовать соответствующие делители напряжения.

Ключевые параметры для анализа в импульсных БП

При анализе осциллограмм импульсных источников питания следует обращать внимание на следующие ключевые параметры:

Форма и длительность импульсов на силовом ключе
Наличие выбросов и звона на фронтах импульсов
Амплитуда пульсаций выходного напряжения
Форма тока через силовой дроссель

Переходные процессы при изменении нагрузки
Работа цепей обратной связи и защиты

Анализ этих параметров позволяет оценить качество работы блока питания и выявить возможные неисправности.

Типовые неисправности импульсных БП по осциллограммам

По характерным изменениям формы сигналов можно диагностировать следующие типовые неисправности импульсных источников питания:

Пробой силового ключа — отсутствие импульсов на затворе
Неисправность ШИМ-контроллера — искажение формы управляющих импульсов
Пробой выходных диодов — большие пульсации на выходе
Высыхание электролитов — увеличение пульсаций и выбросов
Обрыв в цепи ОС — нестабильность выходного напряжения
Неисправность защиты — отсутствие реакции на перегрузку

Сравнение осциллограмм с эталонными позволяет быстро локализовать неисправность.

Измерение пульсаций выходного напряжения

Измерение пульсаций выходного напряжения — одна из важнейших проверок качества работы импульсного блока питания. Для корректного измерения пульсаций необходимо:

Использовать пробник с низкой емкостью (менее 10 пФ)
Подключать пробник непосредственно к выходным конденсаторам
Устанавливать развертку 1-2 мкс/дел для захвата полного периода пульсаций
Использовать режим усреднения для подавления случайных шумов
Учитывать влияние нагрузки на уровень пульсаций

Типичный уровень пульсаций качественного БП не превышает 1% от номинального выходного напряжения.

Анализ переходных процессов в импульсных БП

Важной проверкой импульсного источника питания является анализ переходных процессов при резком изменении нагрузки. Для этого необходимо:

Подключить к выходу БП коммутируемую нагрузку (резистор + ключ)

Настроить синхронизацию осциллографа по сигналу переключения нагрузки
Использовать режим послесвечения для наблюдения динамики процесса
Измерить время установления выходного напряжения
Оценить величину выброса/провала напряжения

Качественный БП должен обеспечивать стабилизацию выхода за время не более 1-2 мс при изменении нагрузки на 50%.

Проверка работы цепей защиты импульсного БП

Для проверки работоспособности схем защиты импульсного источника питания можно использовать следующие методы:

Создание перегрузки по току на выходе
Имитация короткого замыкания на выходе
Подача повышенного входного напряжения
Нагрев силовых элементов для срабатывания тепловой защиты

При этом осциллограф позволяет контролировать процесс отключения БП и восстановления его работы после снятия аварийного режима. Важно убедиться, что все виды защит работают корректно.

Отладка источников питания постоянного тока с помощью осциллографа эконом класса

Авторы:
Андреас Гримм (Andreas Grimm — Sales Manager Europe Rohde & Schwarz),
Павел Струнин — Руководитель направления ООО «РОДЕ и ШВАРЦ РУС»

Стабильное электропитание – залог долгосрочной эксплуатации интегральных схем. И хотя в первую очередь это касается высококлассных интегральных схем, построенных на программируемых логических матрицах FPGA (ПЛИС), даже менее скоростные последовательные шины могут порождать значительные помехи. Быстрый анализ с помощью осциллографа эконом-класса помогает существенно улучшить производительность системы. Использование ряда оптимизированных настроек осциллографа позволяет заметно повысить результативность такого анализа.

В настоящей статье рассматриваются методы оптимизации анализа явлений, возникающих в источниках электропитания встраиваемых систем. Анализ на примере постоянного напряжения питания ПЛИС с CAN-интерфейсом выполняется с помощью осциллографа RTB2000.

1. Оптимизация настроек для измерения постоянного напряжения

Сначала выполним анализ постоянного напряжения без использования специальных настроек. На рисунке 1 показан пример измерения постоянного напряжения с помощью пассивного пробника (10:1), подключенного к источнику питания постоянного тока. Чтобы сигнал отобразился на экране прибора, масштаб по вертикали задан равным 1 В/дел; при этом для обнаружения пульсаций используется измерение размаха напряжения, включающее сбор статистических данных. Значение постоянного напряжения, измеренное встроенным вольтметром, равно 4,92 В. При этом среднее измеренное значение пульсаций составляет 179,90 мВ (отмечено красной окружностью с помощью встроенного инструмента аннотирования, используемого для документирования результатов).

Рисунок.1 Измерение постоянного напряжения без оптимизации настроек осциллографа

Почему же вертикальное разрешение осциллографа играет столь важную роль? В данном случае быстрая первоначальная оценка дает теоретическое разрешение осциллографа.

Прибор RTB2000 использует 10-разрядный АЦП и, таким образом, поддерживает 1024 уровня принятия решений. Масштаб по вертикали равен 1 В/дел, что обеспечивает работу в полном диапазоне шириной 10 В. Как показывают расчеты, теоретическое разрешение осциллографа составляет приблизительно 10 мВ. И хотя кривая напряжения питания выглядит гладкой, средний уровень пульсаций, полученный более чем по 10 тыс. измерений, составляет 179,90 мВ, т. е. 3,5 % от уровня напряжения питания. Для повышения точности измерения установлено смещение канала 4,92 В, чувствительность 20 мВ/дел, что позволяет увеличить точность в 50 раз!

Рисунок.2. Более точные результаты измерения, полученные благодаря правильным настройкам системы вертикального отклонения и передовой технологии построения входного каскада.

Как видно из рисунка 2, среднее значение, рассчитанное при измерении размаха напряжения, теперь равно 68,28 мВ. Это значение приблизительно в 2,5 раза меньше того, которое было получено при начальном измерении, и намного точнее – разрешение 10-разрядного АЦП в этом случае составляет около 0,2 мВ.

2. Идентификация помех источника питания постоянного тока

Вторым этапом является идентификация и сопоставление помех, вносимых в постоянное напряжение другими событиями. Просматривая изменения сигнала, отраженные на рисунке 2, сложно идентифицировать эти помехи, поскольку масштаб по временной оси выбран не оптимально. Общепризнанным подходом является выполнение захвата сигнала в интервалах большей длительности, что позволяет увеличить вероятность обнаружения связанных событий, которые зачастую возникают в медленных сигналах. Типовым источником связанных событий во встраиваемых системах является преобразователь переменного тока в постоянный (AC/DC). Возникновение таких событий может быть связано с частотой электросети (50 Гц в странах Европы). Для идентификации подобных последовательностей необходимо установить масштаб по временной оси 10 мс/дел. На рисунке 3 такая конфигурация используется совместно с дополнительным окном масштабирования. Верхняя кривая позволяет идентифицировать последовательность событий, возникающих приблизительно каждые 25 мс.

Нижняя кривая представляет сигнал, увеличенный в 1000 раз. Для указания дополнительных обнаруженных выбросов, возникающих приблизительно каждые 15 мкс, используется встроенный инструмент аннотирования осциллографа RTB2000. Таким образом, на экране прибора отображаются два периодических события.

Рисунок. 3. Связанные события, повторяющиеся с низкой и высокой частотами, захватываются с использованием долговременной памяти.

Оба периодических события могут быть отображены на одном экране благодаря встроенной в прибор RTB2000 стандартной памяти для собранных данных объемом 10 млн отсчетов на канал, позволяющей работать на стабильно высокой частоте дискретизации. В рассматриваемом примере это означает, что захват выполняется в полном интервале 120 мс с частотой дискретизации 62,5 млн отсчетов/с. Другими словами, обеспечивается возможность идентификации событий в наносекундном диапазоне, т. е. возможность надежного обнаружения событий, повторяющиеся с высокой частотой. В настоящей статье основное внимание уделяется анализу первопричин возникновения более длительных периодических событий, которые появляются с меньшей частотой и обладают амплитудой, меняющейся в широких пределах.

Осциллограф смешанных сигналов RTB2000 опционально поддерживает до 16 цифровых входных каналов, а также функцию синхронизации и декодирования сигналов последовательной шины CAN. Один из таких цифровых каналов используется для захвата телеграмм шины CAN. Декодирование сигналов этого протокола выполняется с использованием аппаратного ускорения и цветовой схемы, позволяющей идентифицировать адреса записи/чтения, данные и все остальные биты сообщения шины CAN. На снимке экрана, приведенном на рисунке 4, показан сигнал цифрового канала, а также декодированная телеграмма шины CAN вместе с напряжением источника питания постоянного тока.

Рисунок. 4. Одновременное отображение аналогового постоянного напряжения, а также данных протокола шины CAN в виде цифрового и декодированного сигналов.

Последовательность событий, появляющихся в постоянном напряжении каждые 25 мс, может быть непосредственно связана с телеграммой шины CAN. Каждый раз, когда ПЛИС начинает передачу данных по шине CAN, нагрузка на источник питания постоянного тока возрастает, что и приводит к появлению пульсаций. Если посмотреть на изменения постоянного напряжения в окне масштабирования, можно заметить, что основные пульсации возникают вследствие переключения битов, однако степень влияния этого процесса сложно оценить из-за наложенного шума. В рассматриваемом примере можно выделить пульсации, вызываемые исключительно переключением битов, выполнив синхронизацию по отдельному адресу шины CAN и/или данным и задействовав способность ИУ передавать повторяющиеся сообщения шины CAN. Прибор RTB2000 настроен на синхронизацию по периодической телеграмме шины CAN и выполняет усреднение по нескольким выборкам. Полученные результаты показаны на рисунке 5.

Рисунок. 5. Использование усреднения для удаления части пульсаций постоянного напряжения, не связанных с переключением битов.

Процедура усреднения позволяет удалить все шумы, не связанные с переключением битов. Пульсации постоянного напряжения, вызванные передачей сигналов по шине CAN, теперь изолированы, а их уровень составляет 49,20 мВ.

3. Сравнение результатов измерений, полученных с помощью различных методов

В настоящей статье с помощью осциллографа эконом-класса с полосой пропускания 300 МГц и 10-разрядным АЦП продемонстрировано, как оптимизация настроек систем вертикального и горизонтального отклонения позволяет понять первопричины возникновения пульсаций напряжения источника питания постоянного тока. Объем памяти для сбора данных также имеет большое значение, поскольку частота возникновения большинства связанных событий по своей природе меньше частоты сигналов ИУ. Кроме того, поддержка возможности синхронизации (запуска) по конкретным телеграммам последовательной шины позволяет определить основные причины возникновения событий и выполнить точные измерения пульсаций. На рисунке 6 показано непосредственное сравнение трех видов настроек с иллюстрацией измерительных процедур.

Рисунок 6 Непосредственное сравнение измерений.

Уровень пульсаций напряжения источника питания постоянного тока, определенный в рамках начального измерения, составил приблизительно 180 мВ. Оптимизация настроек системы вертикального отклонения показала, что пульсации находились в диапазоне приблизительно 68 мВ. Наконец, в качестве основной причины возникновения пульсаций была идентифицирована передача данных по шине CAN. Все это стало возможным лишь благодаря использованию долговременной памяти и функции захвата сигналов шины CAN. После синхронизации по конкретным данным шины CAN и усреднения полученных результатов измеренный уровень пульсаций напряжения источника питания постоянного тока, вызванных переключением битов, составил приблизительно 49 мВ, т. е. около 1 % от номинального напряжения.

Rohde & Schwarz

Как проверить осциллографом импульсный блок питания

Подробно: ремонт своими руками импульсные блоки питания от настоящего мастера для сайта olenord. Редактирование: Mazayac. Что желательно иметь для проверки БП. Наиболее безопасно и удобно включать ремонтируемый блок в сеть через разделительный трансформатор v — v. Просто соответствующим образом соединяются анодные вторичные обмотки, не надо ничего перематывать.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

Ремонт импульсных блоков питания своими руками

Оценка пульсаций сетевого USB адаптера (ЗУ) без осциллографа.

Ремонт своими руками импульсные блоки питания

ПРИБОР И МЕТОДИКА ДЛЯ РЕМОНТА ИМПУЛЬСНЫХ БП.

Осциллограф и блок питания

Как я измеряю пульсации блока питания, при помощи осциллографа

2. 5. Проведение работ с блоками питания конструктива ATX

Измерение шумов источника питания с помощью осциллографа

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Еще один ШИМ. LM 358.

Ремонт импульсных блоков питания своими руками

Помните, что при ремонте блока питания следует пользоваться развязывающим трансформатором. За основу для приведения конкретных примеров, взят наиболее массовый источник питания. Посмотрим на рис. Все многообразие неисправностей блоков питания сводится чаще всего к следующим дефектам: 1. Блок питания не работает, предохранители остаются целыми. Неисправности, проявляющиеся в занижении или завышении вторичных напряжений, причем, если первая из них связана, как правило, с короткими замыканиями в цепи нагрузки одного или нескольких вторичных напряжений, то вторая является следствием обрыва в цепи обратной связи.

Обе эти неисправности в современных блоках питания, как правило, приводят к срабатыванию схем блокировки и отключению аппарата. Итак, если блок питания не работает, а все предохранители целы, лучше всего начинать поиск неисправностей с проверки напряжения на выходе сетевого выпрямителя.

Кроме того, проверьте с помощью осциллографа амплитуду пульсаций этого напряжения. Повышенная амплитуда пульсаций указывает на неисправность основного фильтрующего конденсатора С mF V либо на обрыв диодного выпрямителя. Сначала необходимо выяснить, не происходит ли блокировка блока питания сразу после включения, либо он вовсе не пытается запуститься. Это можно проверить, присоединив вход осциллографа к тому выводу мощного переключающего транзистора, который присоединен к первичной обмотке трансформатора, коллектор транзистора Q 2SD Теперь включайте главный сетевой выключатель телевизора и смотрите что произойдет.

Полученные данные очень помогут в поиске неисправности. И так, если после включения телевизора здесь появится на короткое время серия импульсов, то это говорит о том, что блок питания пытается запуститься, но сразу после запуска выключается какой-либо схемой блокировки их может быть несколько.

Типичной является ситуация когда, срабатывает защита от превышения предельного значения анодного напряжения на кинескопе. Поскольку эта неисправность непосредственно связана с работой выходного каскада строчной развертки. Однако при ремонте блока питания может возникнуть необходимость убедиться в наличии или в отсутствии срабатывания этой блокировки. Убедиться в этом, а также в том, что является причиной неправильной работы блока питания. Неисправность в основном потребителе энергии, выходном каскаде строчной развертки, можно следующим способом.

Необходимо, во-первых, разорвать цепь подачи питания на первичную обмотку строчного трансформатора. Если при этом блок питания заработает нормально, значит, поиск неисправности следует продолжить в выходном каскаде строчной развертки, а также в схемах блокировки и защиты от недопустимых режимов. Теперь рассмотрим ситуацию, когда после включения телевизора блок питания не пытается запуститься и вообще не подает признаков жизни.

Сначала следует, обязательно убедившись в том, что блок питания не работает, измерить постоянное напряжение на коллекторе мощного переключающего транзистора в данной схеме Q 2SD Если на коллекторе Q напряжения V нет, а на С конденсаторе фильтра сетевого выпрямителя есть, то, скорее всего, оборвана первичная обмотка импульсного трансформатора в данной схеме обмотка 6—3 трансформатора T Перед заменой трансформатора необходимо выяснить, не было ли причиной этого обрыва короткое замыкание в цепи первичной обмотки, например, пробой транзистора Q Блокировка задающего генератора, возникает в некоторых схемах, при отсутствии или чрезмерных пульсациях напряжения питания ждущего режима USTAND BY, вырабатываемого отдельным блоком.

Если эти элементы исправны, но блок питания, тем не менее, не запускается, придется заменить микросхему контроллера ШИМ IC В этом случае в первую очередь следует проверить исправность мощного переключательного транзистора в данной схеме Q В этом случае с помощью омметра проверяется наличие пробоя переходов база-эмиттер и база-коллектор, а также короткого замыкания между коллектором и эмиттером.

В исправном биполярном транзисторе переходы должны вести себя как диоды. Следует знать, что пробой мощного переключательного транзистора не обязательно бывает самопроизвольным, а часто вызывается неисправностью какого-либо другого элемента. В частности, в рассматриваемой схеме это может быть обрыв одного из элементов демпфирующей цепи C,C, R, D, L, короткозамкнутый виток в первичной обмотке трансформатора T, а также неисправность микросхемы IC Поэтому перед установкой исправного транзистора на место желательно проанализировать возможные причины его выхода из строя и провести необходимые проверки, иначе для устранения неисправности придется запастись большим количеством дорогостоящих, мощных транзисторов.

Например, неисправность IC, приводящую к пробою мощного переключательного транзистора, можно установить, если включить блок питания без Q Выходных напряжений при таком включении, конечно, не будет. И если импульсов нет. А есть постоянное, положительное напряжение, то IC придется заменить. Подводя итог вышесказанному, следует отметить, что методика поиска неисправностей в импульсных блоках питания имеет одну отличительную особенность.

А именно, замена сгоревших резисторов, пробитых диодов и неисправных транзисторов не гарантирует успешного выполнения ремонта, поскольку после включения эти замененные элементы могут отказать вновь.

Пожалуй, наибольшие трудности при ремонте импульсных блоков питания, обусловлены, их способностью предохранять себя от перегрузок по напряжению и току посредством выключения. Казалось бы, в этом случае остается только гадать; вызвана ли блокировка наличием слишком большого напряжения? Или выпрямленное сетевое напряжение слишком мало?

Или слишком велик ток нагрузки? Или отказал какой-либо элемент в блоке питания или в предохранительных цепях? При отсутствии последовательной логической процедуры поиск неисправности в импульсном блоке питания может быть безуспешным Тем не менее, есть возможность исключить цепи блокировки и тем самым ограничить область поиска неисправности, выполнив шесть несложных проверок. Вспомним сначала, какие основные цепи присутствуют практически во всех импульсных блоках питания.

Для этого обратимся к блок-схеме на рис. Эта цепь содержит линейный первичный источник питания обычно диодный мост и фильтрующий конденсатор , блок питания ждущего режима, первичную обмотку импульсного трансформатора и связанные с ней цепи, а также мощный переключательный транзистор. Цепь 2: Генератор импульсов и цепи запуска. Эта цепь вырабатывает управляющий сигнал для переключательного транзистора. Она может быть выполнена как в виде одного транзисторного каскада, так и специализированной интегральной микросхемы контроллера ШИМ.

Цепь 3: Вторичные цепи. Вторичные цепи содержат вторичные обмотки импульсного трансформатора и компоненты диоды, конденсаторы и т. Большинство ИБП имеют от двух до пяти нагрузок. Цепь 4: Обратная связь и управление. Цепи обратной связи выполняют четыре функции: — стабилизацию выходных напряжений, — контроль над высоким напряжением; — передачу на ИБП сигналов включено — выключено от блока управления телевизора, — гальваническую развязку вторичных цепей от сетевого напряжения.

Далее предлагается процедура, которая после выполнения шести определенных шагов позволяет эффективно локализовать неисправность, возникшую в каждой перечисленных выше основных цепей. При поиске неисправностей в импульсных блоках питания придерживайтесь следующих правил:. Эффективный поиск неисправностей зависит от вашей способности быстро выполнить измерения постоянных напряжений от десятых долей до V и различных сигналов с размахом от 2 до Вис частотой от 40 до Кгц,.

Итак, первым шагом должна быть Шаг 1. Измеряйте это напряжение на шасси, подключенном к сети через изолирующий трансформатор. Независимо от того, работает ли блок питания, или нет не все импульсные блоки питания снабжены отдельным источником питания STAND BY, некоторые шасси имеют для ждущего режима второй импульсный блок питания меньшего размера, в котором в качестве драйвера используется часто та же самая микросхема, что и в основном блоке питания. Например, в этом случае можно с большой вероятностью утверждать, что микросхема драйвера и контроллера ШИМ исправна, а причина, по которой она не выдает открывающие импульсы на выходной транзистор, состоит в том, что она заблокирована каким-либо внешним сигналом.

Важным шагом при ремонте ИБП является отключение выхода блока питания от цепей-потребителей вторичных, напряжений. Это поможет выяснить, выключается ли блок питания из-за внутренней неисправности, или это происходит под влиянием какой-либо внешней причины. Внешние блокирующие сигналы появляются при коротких замыканиях в нагрузках, и при срабатывании цепей защиты от перенапряжения, при неправильной работе выходных каскадов строчной и кадровой разверток, а также при неисправностях самих цепей блокировки.

Большинство ИБП не могут работать без надлежащей нагрузки, поэтому просто отсоединить все потребители энергии нельзя. Вместо отсоединенных нагрузок необходимо подключить резистивный эквивалент хотя бы один вместо всех , Подходящим эквивалентом нагрузки является лампа накаливания, которая ограничивает до безопасного уровня потребляемый по данной вторичной цепи ток и наглядно демонстрирует наличие в этой цепи напряжения.

Мощность и рабочее напряжение лампы нагрузки, соответствует эквиваленту нагрузки. Вы должны разорвать цепь питания выходного каскада строчной развертки, чтобы удалить нормальную нагрузку.

Убедитесь, что разрыв цепи сделан таким образом, чтобы делитель напряжения цепи обратной связи остался присоединенным к шине питания, как это показано на рис. Первичная обмотка строчного трансформатора не рассчитана на пропускание постоянного тока, поэтому присоединяйте лампу так, как это показано на рис. Когда после замены реальной нагрузки эквивалентом вы включите блок питания, возможна одна из четырех перечисленных ниже ситуаций. Это показывает нормальную работу ИБП.

Неисправность, по причине которой ИБП блокируется, находится во внешних цепях. Это может быть короткое замыкание, слишком высокое напряжение на кинескопе или неисправность цепей блокировки и защиты. Последние три ситуации показывают, что неисправность необходимо искать в самом блоке питания, для чего выполняем шаг 3.

Разорвите цепь подачи сигнала управления на базу мощного переключательного транзистора. Для этого достаточно отпаять какой-либо элемент, включенный последовательно в эту цепь.

Это позволит вам искать неисправность в блоке питания, включенном в сеть, без риска получить какую-либо перегрузку, поскольку никаких выходных напряжений в этом случае производиться не будет. Например, можно будет перейти к шагу 4. Присоедините вход осциллографа к коллектору, переключательного транзистора и постепенно увеличивайте переменное напряжение, подаваемое на вход ИБП, от нуля до номинального значения В.

Это показывает, что источник выпрямленного сетевого напряжения исправен, однако с элементами цепи 1 возможны проблемы. Начинайте с проверки мощного переключающего транзистора. Проверьте также резисторы и если вы полагаете, что резисторы изменили свое сопротивление, замените их заведомо исправными.

Выпрямленное напряжение и ток, потребляемый от сети V равны нулю. Проверьте предохранители, защитные резисторы, диоды выпрямительного моста и первичную обмотку импульсного трансформатора. Перед заменой исправных элементов, выясните, не была ли причиной их обрыва токовая перегрузка, например, вследствие пробоя переключательного транзистора или какого-либо другого элемента. Выпрямленное напряжение равно нулю или мало при повышенном токе потребления от сети В. Такие симптомы возникают при коротком замыкании в цепи 1 либо в самом источнике выпрямленного сетевого напряжения.

Проверьте, не пробит ли переключающий транзистор, диоды выпрямителя, конденсатор фильтра. Проверьте также импульсный трансформатор на короткозамкнутые витки и на замыкание между обмотками.

Во-первых, убедитесь, что на микросхему задающего генератора поступает запускающее напряжение. В большинстве ИБП запускающее напряжение формируется резистивным делителем. Проверка запускающего напряжения, должна быть обязательно проведена до проверки задающего генератора поскольку присоединение пробника осциллографа к контрольной точке выхода задающего генератора может послужить толчком к его запуску.

Блок питания в этом случае заработает, а после выключения и последующего включения вновь не запустится, и причина его неисправности останется невыясненной. Во-вторых, тщательно проверьте с помощью осциллографа все параметры выходного сигнала задающего генератора: размах, частоту, уровень постоянной составляющей.

Вход осциллографа должен быть присоединен к специальной контрольной точке выхода задающего генератора, а не к тому выходу, который управляет переключательным транзистором.

Оценка пульсаций сетевого USB адаптера (ЗУ) без осциллографа.

Модератор: Ozzy. Сейчас этот форум просматривают: Google [Bot] и гости: 0. Ремонт: Ноутбуков, Компьютеров Виртуальная лаборатория ремонта. Совместно решаема любая проблема. FAQ Личный раздел. Предыдущее посещение: менее минуты назад Текущее время: 11 окт , А что необходимо приобрести для ремонта БП Модератор: Ozzy.

Рассмотрим подключение осциллографа к источнику питания, когда его первичная цепь Можно сделать вывод – для проверки рабочих параметров элементов Входная цепь импульсного блока питания при этом должна быть.

Ремонт своими руками импульсные блоки питания

Наши инженеры с удовольствием помогут Вам в работе с блоком питания, его ремонте, восстановлении или даже модернизации. В помощь электронщикам, радиолюбителям, сервисным центрам, пользователям импульсных источников питания компания предлагаем ознакомиться с принципиальными схемами импульсных стабилизированных источников питания BVP Electronics. Первый вариант. Блок питания включается, цифровые индикаторы на панели светятся, но напряжения на выходе клемм нет. Первым делом убедитесь, что на блоке питания не установлен минимальный лимит напряжения. Зайдите в режим установки лимита напряжения и убедитесь или поставьте лимит в максимальное значение. Если лимит напряжения установлен на максимуме, но напряжения при включении блока так и нет, то скорее всего произошла поломка в силовой части блока питания. Для того чтобы начать ремонт — отключите блок питания от питающего напряжения В вытащите шнур питания из соответствующего разъема на задней панели источника , открутите четыре крепежных винта на боковых панелях блока, снимите крышку. Оцените визуально состояние предохранителей на основной плате блока их два , прозвоните каждый предохранитель тестером. Исправный предохранитель покажет короткое замыкание нулевое сопротивление на тестере.

ПРИБОР И МЕТОДИКА ДЛЯ РЕМОНТА ИМПУЛЬСНЫХ БП.

Импульсная нагрузка Элементы системного блока потребляют энергию для своей работы, и этот процесс крайне непостоянен во времени. Основной характер нагрузки — импульсный, резкий наброс тока с последующим резким сбросом. Производительность современного процессора находится на уровне млрд операций в секунду и смена характера потребления может произойти за доли наносекунды. Современные технологии ориентированы на использование SMD компонентов небольшого размера, что ограничивает величину емкости сглаживающих конденсаторов.

Детектирование пульсации источника питания осциллографом Siglent.

Осциллограф и блок питания

Как проверить микросхему UC Микросхема ШИМ-контроллера UC является самой распространенной при построении блоков питания мониторов. Кроме того, эти микросхемы применяются для построения импульсных регуляторов напряжения в блоках строчной развертки мониторов, которые являются и стабилизаторами высоких напряжений и схемами коррекции растра. Микросхема UC часто используется для управления ключевым транзистором в системных блоках питания однотактных и в блоках питания печатающих устройств. Одним словом, эта статья будет интересна абсолютно всем специалистам, так или иначе связанным с источниками питания. Выход из строя микросхемы UC на практике происходит довольно часто.

Как я измеряю пульсации блока питания, при помощи осциллографа

Ваши права в разделе. Вы не можете начинать темы Вы не можете отвечать на сообщения Вы не можете редактировать свои сообщения Вы не можете удалять свои сообщения Вы не можете голосовать в опросах Вы не можете добавлять файлы Вы можете скачивать файлы. Телик c проц. Телек Электроника проблемма в строчной развёртке. Philips 14pt не запоминает настройки. Philips chassis gr1-ax не работает рабочий режим БП. Sharp 70ESS — русскоязычное меню? Sony kvсрабатывает защита индикатор мигает 6 раз.

Делаются попытки использовать в ремонте ИИП осциллограф, и даже предлагают Блоки питания на микросхемах для этих целей не подходят. Такой прибор позволяет проверять работу импульсного.

2.5. Проведение работ с блоками питания конструктива ATX

Измерение шумов источника питания с помощью осциллографа

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Ремонт импульсного блока питания видеорегистратора. Неисправность в » горячей» части блока питания.

Блог new. Технические обзоры. Опубликовано: , Версия для печати.

Современные полупроводниковые приборы отличаются высокой скоростью переключения, большей крутизной фронтов, большим числом активных выводов и малым размахом сигнала.

Структурное построение бестрансформаторных источников питания имеет ряд особенностей, отличающих их от преобразователей первичной энергии сети переменного тока, содержащих низкочастотный трансформатор на входе. Главное отличие заключается в том, что силовая часть бестрансформаторного преобразователя не имеет гальванической развязки с первичной питающей сетью. Питание силовых каскадов осуществляется выпрямленным напряжением сети. Некоторые каскады, такие, например, как автогенераторные схемы, рассчитаны на работу именно при питании сетевым напряжением В и не функционируют при пониженном. Максимальное напряжение на силовых элементах схемы превышает действующее значение напряжения первичной сети практически в полтора раза.

Расчёт и проверка трансформаторов Алексей Чекаров. Тестирование импульсного трансформатора Владислав Пирогов. Прибор для проверки импульсных трансформаторов.

Измерение и анализ источников питания с помощью настольных осциллографов

Введение

Источники питания можно найти во многих различных электронных устройствах, от детских игрушек до компьютеров и офисного оборудования и промышленного оборудования. Они используются для преобразования электрической энергии из одной формы в другую для правильной работы устройства. Типичными примерами являются преобразователи переменного тока в постоянный, которые преобразуют переменное напряжение в регулируемое постоянное напряжение, или преобразователи постоянного тока в постоянный, которые преобразуют мощность батареи в требуемые уровни напряжения.

Источники питания варьируются от традиционных линейных источников питания до высокоэффективных импульсных источников питания (SMPS), предназначенных для сложных, динамичных рабочих сред. Нагрузка на устройство может резко меняться от одного момента к другому, и даже обычный импульсный источник питания должен выдерживать внезапные пиковые нагрузки, которые намного превышают средние рабочие уровни. Инженеры, разрабатывающие блоки питания или системы, в которых они используются, должны понимать поведение своих блоков питания в различных условиях — от покоя до наихудших условий.

Рисунок 1. Компоненты SMPS, охарактеризованные с помощью программного обеспечения для анализа мощности.

Исторически характеристика поведения источника питания означала измерение статического тока и напряжения с помощью цифрового мультиметра и выполнение кропотливых расчетов на калькуляторе или компьютере. Сегодня большинство инженеров обращаются к осциллографу как к предпочтительному инструменту измерения мощности.

В данных указаниях по применению описываются стандартные измерения импульсных источников питания, показанные на рис. 1, с использованием осциллографов Tektronix серии MDO4000 или MDO3000. Благодаря дополнительному программному обеспечению для измерения и анализа мощности эти осциллографы обеспечивают автоматические измерения мощности для быстрого анализа, а также упрощенную настройку и компенсацию перекоса пробников для максимальной точности.

Подготовка к измерениям блока питания

В идеале блок питания должен работать точно так, как было спроектировано и смоделировано. В действительности компоненты несовершенны; нагрузки варьируются; питание в сети может быть искажено; изменения окружающей среды влияют на производительность. Конструкция блока питания дополнительно усложняется требованиями повышения производительности, повышения эффективности, уменьшения размера и снижения стоимости.

Учитывая эти проблемы проектирования, измерительная система должна быть правильно настроена для точного захвата сигналов для анализа и устранения неполадок. Важные пункты, которые следует учитывать:

Режимы сбора данных осциллографа
Устранение перекоса между датчиками напряжения и тока
Устранение смещения датчика
Датчик тока Degauss
Фильтры ограничения полосы пропускания

Режимы сбора данных осциллографа

Режимы сбора данных осциллографа контролируют выборку, обработку и отображение электрических сигналов. Результирующие точки осциллограммы представляют собой цифровые значения, которые сохраняются в памяти и отображаются для построения осциллограммы. Большинство осциллографов поддерживают различные режимы сбора данных, и выбранный режим сбора данных может повлиять на точность измерения мощности. Важно понимать, как функционируют режимы сбора данных и как они влияют на форму сигнала и последующие измерения мощности.

Каждый осциллограф поддерживает режим выборки, который является самым простым режимом сбора данных. Как показано на рис. 2, осциллограф создает точку сигнала, сохраняя одну точку выборки в течение каждого интервала сигнала (интервалы сигнала показаны на рисунке цифрами 1, 2, 3 и 4). Режим выборки предлагается для измерений неповторяющихся сигналов, полученных в ходе нескольких измерений, таких как анализ пульсаций и шума.

Другим режимом сбора данных, предлагаемым большинством производителей осциллографов, является режим усреднения. В режиме усреднения осциллограф сохраняет одну точку выборки в течение каждого интервала сигнала, как и в режиме выборки. Однако в режиме усреднения соответствующие точки формы сигнала из последовательных сборов данных затем усредняются вместе, чтобы получить окончательную отображаемую форму волны, как показано на рис. 3. В режиме усреднения снижается шум, но требуется повторяющийся сигнал. Режим усреднения особенно удобен при выполнении анализа гармоник или анализа качества электроэнергии, таких как истинная мощность, реактивная мощность и полная мощность.

Tektronix также предлагает режим высокого разрешения. В этом режиме несколько последовательных выборок, взятых в пределах одного интервала осциллограммы, усредняются вместе для получения одной точки осциллограммы из одного сбора данных, как показано на рис. 4. Результатом является уменьшение полосы пропускания и, следовательно, шума, а также улучшение разрешения по сигналы скорости. Hi Res особенно полезен для проведения анализа модуляции при включении питания и сборе данных за один раз. Высокое разрешение может повысить точность измерений, таких как потери при переключении, которые основаны на математически рассчитанных значениях, таких как мгновенная мощность.

Устранение перекоса между датчиками напряжения и тока

Для измерения мощности с помощью цифрового осциллографа необходимо измерить напряжение и ток через тестируемое устройство. Для этой задачи требуются два отдельных датчика: датчик напряжения (часто высоковольтный дифференциальный датчик) и датчик тока. Каждый пробник напряжения и тока имеет свою характеристическую задержку распространения, и фронты, создаваемые в этих сигналах, скорее всего, не будут автоматически выравниваться. Разница в задержках между датчиком тока и датчиком напряжения, известная как перекос, приводит к неточным измерениям амплитуды и времени. Важно понимать влияние задержки распространения пробника на максимальную пиковую мощность и измерения площади, поскольку мощность является произведением напряжения и тока. Если сигналы напряжения и тока не совпадают идеально, результаты будут неверными.

В осциллографах Tektronix серий MDO4000 и MDO3000 предусмотрена функция устранения перекоса для устранения перекоса между пробниками. Когда выбрано меню «Устранение перекоса», отображается информационное окно с описанием модели датчика, номинальной задержки распространения, рекомендуемого устранения перекоса и фактического устранения перекоса для каждого канала. Кривые напряжения и тока на рис. 5 имеют перекос приблизительно 8 нс, а задержка распространения для каждого пробника показана в информационном поле. TDP1000 (пробник дифференциального напряжения Tektronix) имеет номинальную задержку распространения 6,5 нс, тогда как TCP0030A (пробник тока Tektronix) имеет номинальную задержку распространения 14,5 нс. Разница в задержках распространения составляет 8 нс.

Исправить перекос между датчиками так же просто, как нажать кнопку боковой экранной панели «Установить для всех компенсаций перекоса рекомендуемые значения», как показано на рис. 6. При выборе этой опции значения «Фактического устранения перекоса» датчиков настраиваются на «Рекомендуемое устранение перекоса». ценности. Значение «Рекомендуемое устранение перекоса» основано на номинальной задержке распространения пробника, которая хранится во внутренней памяти пробника, при условии, что пробник поддерживает TekVPI® или обычно поддерживает автоматическую компенсацию перекоса пробника.

Выбор «Установить для всех компенсаций рекомендуемые значения» учитывает разницу в номинальной задержке распространения пробника, которая будет очень близка к правильному устранению перекоса, но все же может не совпадать с точным выравниванием осциллограмм. Для точного выравнивания сигналов для достижения наибольшей точности измерений требуются TEK-DPG (генератор импульсов для устранения перекоса) и приспособление для устранения перекоса.

TEK-DPG подает исходный сигнал на приспособление для устранения перекоса для измерения мощности (номер по каталогу Tektronix 067-1686-XX), как показано на рис. 7. Когда датчики подключены к приспособлению для устранения перекоса, «Фактическое устранение перекоса» можно набрать вручную. -in, чтобы изменить значение выравнивания для точного выравнивания сигналов. На рис. 8 показано, что значение «Actual Deskew» пробника TDP1000 было скорректировано на 680 пс с 6,5 нс до 9,06 нс для достижения максимальной точности. Это смещение может повлиять на точность и должно быть устранено перед продолжением измерений. Большинство пробников дифференциального напряжения имеют встроенные элементы управления регулировкой смещения постоянного тока, что делает удаление смещения относительно простой процедурой.

Токоизмерительные датчики также могут нуждаться в регулировке перед проведением измерений. Корректировка смещения датчика тока выполняется путем обнуления баланса постоянного тока до среднего значения 0 ампер или как можно ближе. Пробники с поддержкой TekVPI, такие как токовый пробник переменного/постоянного тока TCP0030A, имеют встроенную автоматическую процедуру размагничивания/автообнуления, для которой достаточно просто нажать кнопку на блоке компенсации пробника.

Размагничивание

Токовый пробник также должен иметь простую в использовании функцию размагничивания. Размагничивание удаляет любой остаточный поток постоянного тока в сердечнике трансформатора, который может быть вызван большим входным током. Этот остаточный поток приводит к ошибке смещения выходного сигнала, которую следует устранить, чтобы повысить точность проводимых измерений.

Токовые пробники Tektronix TekVPI снабжены индикатором предупреждения о размагничивании, который предупреждает пользователя о необходимости выполнения операции размагничивания. Поскольку токовые пробники могут иметь значительный дрейф с течением времени, что влияет на точность измерения, индикатор предупреждения о размагничивании является полезной функцией.

Фильтры ограничения полосы пропускания

Ограничение полосы пропускания осциллографа удаляет шумы или нежелательные высокочастотные компоненты из отображаемой формы сигнала, что делает сигнал более чистым. Серии MDO4000 и MDO3000 предлагают встроенные фильтры ограничения полосы пропускания, как показано на рис. 10. В некоторых случаях пробник также может быть оснащен фильтрами ограничения полосы пропускания.

Рис. 10. Фильтры ограничения полосы пропускания, доступные на осциллографах серии MDO4000 с подключенным TDP1000.

Пользователю следует соблюдать осторожность при использовании этих фильтров, так как из измерения могут быть удалены высокочастотные компоненты, содержащиеся в гармониках n-го порядка. Например, при измерении сигнала частотой 1 МГц и оценке до 40-й гармоники требуется полоса пропускания системы не менее 40 МГц. Установка фильтра ограничения полосы пропускания на 20 МГц, что является доступной опцией в примере, показанном на рис. 10, устранит частотный контент, необходимый для этого измерения.

Измерения источника питания

После правильной настройки системы измерения можно приступать к выполнению измерения мощности. Общие измерения мощности можно разделить на три категории: анализ входа, анализ коммутационного устройства и анализ выхода.

Анализ входных данных

Реальные линии электропередач никогда не передают идеальные синусоидальные волны, и на линии всегда присутствуют некоторые искажения и загрязнения. Импульсный источник питания представляет собой нелинейную нагрузку на источник. Из-за этого формы сигналов напряжения и тока не идентичны. Ток потребляется в течение некоторой части входного цикла, вызывая генерацию гармоник на форме сигнала входного тока. Основные измерения для анализа входа источника питания:

Гармоники
Качество электроэнергии

Гармоники

Импульсные источники питания, как правило, генерируют гармоники преимущественно нечетного порядка, которые могут вернуться в электросеть. Эффект является кумулятивным, и по мере того, как к сети подключается все больше и больше импульсных источников (например, по мере добавления в офис дополнительных настольных компьютеров), общий процент гармонических искажений, возвращаемых в сеть, может увеличиваться. Поскольку это искажение вызывает накопление тепла в кабелях и трансформаторах электросети, необходимо свести к минимуму гармоники. Существуют нормативные стандарты, такие как IEC61000-3-2, для контроля качества электроэнергии от конкретной нелинейной нагрузки.

Определение влияния этих искажений является важной частью энергетики, и преимущества использования осциллографа, а не мультиметра, значительны. Измерительная система должна быть способна регистрировать гармонические составляющие вплоть до 50-й гармоники основной гармоники. Частота питающей сети обычно 50 Гц или 60 Гц; хотя для некоторых военных и авиационных приложений частота сети может составлять 400 Гц. Следует также отметить, что аберрации сигнала могут содержать спектральные составляющие с еще более высокочастотными составляющими. Благодаря высокой частоте дискретизации современных осциллографов быстро меняющиеся события могут быть зафиксированы с высокой детализацией (разрешением). Напротив, обычные измерители мощности могут игнорировать детали сигнала из-за их относительно медленного времени отклика.

Выполнение анализа гармоник так же просто, как измерение формы обычного сигнала. Поскольку сигнал в данном случае представляет собой повторяющуюся периодическую форму волны, запустить и отобразить его несложно. Для обеспечения хорошего разрешения по частоте должно отображаться не менее пяти циклов, а масштаб по вертикали должен быть установлен таким образом, чтобы сигнал занимал как можно больше делений по вертикали на дисплее для обеспечения наилучшей точности измерения.

На рис. 11 показан результат гармонического анализа тока нагрузки источника питания. В меню «Дисплей» можно выбрать измерения для определенной гармоники. В этом примере была выбрана пятая гармоника. Пользователи могут выбрать просмотр результатов в виде таблицы или графика, а также выбрать отображение гармоник «Все», «Нечетные» или «Четные». Данные о гармониках можно сохранить в виде файла CSV на USB-накопителе. Также отображаются значения полного гармонического искажения (THD) относительно основного и среднеквадратичного значения. Эти измерения полезны при анализе соответствия стандартам, таким как IEC61000-3-2 и MILSTD-139.9, которые включены в программное обеспечение приложения питания.

Качество электроэнергии

Качество электроэнергии не зависит только от производителя электроэнергии. Это также зависит от источника питания и нагрузки конечного пользователя. Характеристики качества электроэнергии в источнике питания определяют «здоровье» источника питания и определяют влияние искажений, вызванных нелинейными нагрузками. Как показано на рис. 12, прикладное программное обеспечение для электроснабжения предоставляет таблицу результатов со следующими автоматическими измерениями: V _RMS и I _RMS , пик-факторы напряжения и тока, истинная мощность, реактивная мощность, полная мощность и коэффициент мощности.

Анализ коммутационных устройств Преобладающей архитектурой источника питания постоянного тока в большинстве современных систем является SMPS из-за его способности эффективно справляться с изменяющимися входными напряжениями и нагрузками. SMPS сводит к минимуму использование компонентов с потерями, таких как резисторы и транзисторы с линейным режимом, и делает упор на компоненты, которые (в идеале) не имеют потерь. Устройства SMPS также включают секцию управления, содержащую такие элементы, как регуляторы с широтно-импульсной модуляцией, регуляторы с частотно-импульсной модуляцией и контуры обратной связи.

Технология SMPS основана на силовых полупроводниковых коммутационных устройствах, таких как металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET) и биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). Эти устройства обеспечивают быстрое время переключения и способны выдерживать неустойчивые скачки напряжения. Кроме того, транзисторы рассеивают очень мало энергии как во включенном, так и в выключенном состоянии, обеспечивая высокую эффективность при низком тепловыделении. По большей части коммутационное устройство определяет общую производительность SMPS. Ключевые измерения для коммутационных устройств включают в себя:

Потери при переключении
Зона безопасной работы
Скорость нарастания

Потери при переключении

Схемы транзисторных переключателей обычно рассеивают больше всего энергии во время переходов, поскольку паразитные схемы препятствуют мгновенному переключению устройств. Потери энергии в коммутационном устройстве, таком как MOSFET или IGBT, при его переходе из состояния OFF в состояние ON определяются как потери при включении. Точно так же потери при выключении представляют собой потери энергии, когда переключающее устройство переходит из состояния ВКЛ в состояние ВЫКЛ. Транзисторные схемы теряют энергию при переключении из-за рассеивающих элементов в паразитной емкости и индуктивности, а заряд накапливается в диоде. Надлежащий анализ этих потерь необходим для характеристики снабжения и оценки его эффективности.

Измерения потерь при переключении, как показано на рис. 13, выполняются для полных циклов в пределах выбранной области сбора данных (по умолчанию вся форма волны), и статистика этих измерений накапливается в течение сбора данных, но не между сборами данных.

Основная проблема при измерении потерь при включении и выключении заключается в том, что потери возникают в течение очень коротких периодов времени, а потери в течение оставшейся части цикла переключения минимальны. Для этого необходимо, чтобы синхронизация между формами сигналов напряжения и тока была очень точной, смещения измерительной системы были сведены к минимуму, а динамический диапазон измерения был достаточным для точного измерения напряжения и тока во включенном и выключенном состояниях. Как обсуждалось ранее, смещения пробника должны быть обнулены, токовый пробник должен быть размагничен, чтобы удалить любой остаточный поток постоянного тока в пробнике, а перекос между каналами должен быть минимизирован.

Другой серьезной проблемой является широкий динамический диапазон, необходимый для точных измерений потерь при переключении. Напряжение на коммутационном устройстве резко меняется между состояниями «включено» и «выключено», что затрудняет точное измерение обоих состояний за одно измерение. Существует три способа определения правильных значений для серии MDO4000 и MDO3000:

Измерьте падение напряжения на коммутационном устройстве во время проводимости. Поскольку это напряжение обычно очень мало по сравнению с напряжением на коммутационном устройстве, когда оно не проводит ток, как правило, невозможно точно измерить оба напряжения при одной и той же вертикальной установке на осциллографе.
Укажите значение RDS(on) (лучшая модель для полевых МОП-транзисторов) на основе технических данных устройства. Это значение представляет собой ожидаемое сопротивление в открытом состоянии между стоком и истоком устройства, когда оно находится в проводящем состоянии.
Укажите значение VCE(sat) (наилучшая модель для BJT и IGBT) на основе технических данных устройства. Это ожидаемое напряжение насыщения от коллектора к эмиттеру устройства, когда оно насыщается.

Зона безопасной работы (SOA)

Зона безопасной работы (SOA) транзистора определяет условия, в которых устройство может работать без повреждений; в частности, какой ток может протекать через транзистор при заданном напряжении. Превышение этих пределов может привести к выходу из строя транзистора. SOA — это метод графического тестирования, который учитывает ограничения коммутационного устройства, такие как максимальное напряжение, максимальный ток и максимальная мощность, и гарантирует, что коммутационное устройство работает в заданных пределах.

В паспорте производителя коммутационного устройства приведены определенные ограничения на коммутационное устройство. Цель состоит в том, чтобы гарантировать, что коммутационное устройство выдержит рабочие границы, с которыми источник питания должен иметь дело в своей среде конечного пользователя. Тестовые переменные SOA могут включать в себя различные сценарии нагрузки, колебания рабочей температуры, высокое и низкое входное напряжение сети и многое другое. Как показано на рис. 14, создается маска, определяемая пользователем, чтобы убедиться, что коммутационное устройство придерживается определенных допусков в отношении напряжения, тока и мощности. О нарушениях маски сообщается как о сбоях в приложении питания.

Скорость нарастания

Чтобы убедиться, что коммутационное устройство работает с максимальной эффективностью, измеряется скорость нарастания сигналов напряжения и тока, чтобы убедиться, что схема работает в соответствии со спецификациями. Как показано на рис. 15, осциллограф используется для определения скорости нарастания сигналов переключения с помощью измерительных курсоров, упрощающих определение характеристик привода затвора и вычислений dv/dt или di/dt переключателя.

Анализ выходного сигнала

В идеале на выходе источника питания постоянного тока не должно быть коммутационных гармоник или других неидеальных составляющих шума. На самом деле это невозможно. Измерения анализа выходного сигнала необходимы для определения влияния изменений входного напряжения или нагрузки на выходное напряжение. Эти измерения включают в себя:

Анализ модуляции
Пульсация

Анализ модуляции

Технология сбора данных с цифровым люминофором серии MDO4000 и MDO3000 предлагает уникальные преимущества при поиске и устранении неисправностей, особенно при выявлении чрезмерных эффектов модуляции в импульсном источнике питания. Эти осциллографы имеют максимальную скорость захвата сигнала более 270 000 осц/с, что во много раз выше, чем у обычного цифрового запоминающего осциллографа (DSO). Это дает два преимущества при исследовании эффектов модуляции. Во-первых, осциллограф активен большую часть времени, и меньше времени тратится на обработку сигналов для отображения. Таким образом, у осциллографа значительно больше шансов уловить модуляцию. Во-вторых, цифровой дисплей с люминофором облегчает просмотр модулированных сигналов в режиме реального времени. На дисплее усиливаются области, где кривая сигнала чаще всего пересекается, как в аналоговом осциллографе. Модуляция более тусклая, чем основной сигнал, который постоянно повторяется, что облегчает его просмотр.

Измерить эффекты модуляции с помощью осциллографа Tektronix также несложно. На рис. 16 показан сигнал с широтно-импульсной модуляцией, управляющий выходным сигналом контура управления токовым режимом источника питания. Модуляция важна в системе обратной связи для управления контуром. Однако слишком сильная модуляция может привести к тому, что петля станет нестабильной. Красный сигнал представляет собой математическую форму сигнала, показывающую тенденцию в измерениях ширины импульса от цикла к циклу, сделанных для сигнала управления затвором IGBT, когда запускается генератор источника питания. Поскольку математическая форма волны представляет значения измерения ширины импульса (в единицах времени), изменения ширины импульса можно измерить с помощью курсоров. Математические значения представляют тренды в выбранном измерении модуляции в полученном сигнале. В данном случае он представляет собой отклик контура управления генератора во время запуска. Этот анализ модуляции можно также использовать для измерения отклика контура управления источника питания на изменение входного напряжения («линейная регулировка») или изменение нагрузки («регулировка нагрузки»).

Пульсация

Пульсация — это напряжение переменного тока, которое накладывается на выходное напряжение постоянного тока источника питания. Оно выражается в процентах от нормального выходного напряжения или в размахе напряжения. В линейных источниках питания пульсации обычно почти вдвое превышают частоту сети (~120 Гц), в то время как в импульсных источниках питания пульсации коммутации могут достигать сотен кГц.

Заключение

Источник питания является неотъемлемой частью практически всех типов электронных продуктов с питанием от сети и аккумуляторов, а импульсный источник питания (SMPS) стал доминирующей архитектурой во многих приложениях. Производительность одного импульсного источника питания или его отказ могут повлиять на судьбу большой и дорогостоящей системы.

Чтобы обеспечить надежность, стабильность, производительность и соответствие требованиям новой конструкции SMPS, инженер-проектировщик должен выполнить множество сложных измерений мощности. Осциллографы Tektronix серии MDO4000 или MDO3000 с прикладным модулем анализа питания значительно упрощают анализ источников питания. Автоматические измерения мощности, такие как гармоники, качество электроэнергии, коммутационные потери, безопасная рабочая область, скорость нарастания, модуляция и пульсации, обеспечивают быстрый анализ, а упрощенная настройка и компенсация перекоса пробников обеспечивают максимальную точность

Какой осциллограф вам подходит?

Настольные осциллографы Tektronix предлагают ряд моделей, отвечающих вашим потребностям и вашему бюджету

Выполнение ключевых измерений импульсных источников питания на осциллографе

можно найти линейный источник питания на работе, преобразующий мощность переменного тока в какую-либо форму мощности постоянного тока. Если выходной сигнал, практически свободный от шума или пульсаций, является главным приоритетом, разработчики готовы мириться с энергоэффективностью линейного источника питания от 20 до 40%, а также с большими размерами и весом. Но почти во всем остальном импульсные источники питания (SMPS) стали доминирующей архитектурой для преобразования мощности переменного или постоянного тока в один или несколько уровней постоянного тока.

В отличие от линейного источника питания, импульсный источник питания предлагает значительные преимущества в эффективности (85-90%), размере, весе, точности и гибкости. Они также имеют тенденцию генерировать меньше тепла и лучше регулируются при различных изменяющихся нагрузках. Благодаря этим преимуществам, SMPS можно найти в широком спектре приложений, охватывающих почти все цифровые продукты, такие как компьютеры и зарядные устройства для мобильных устройств, зарядные устройства для автомобилей, медицинское оборудование, аудиооборудование и даже промышленное оборудование, такое как дуговые сварочные аппараты.

Тем не менее, бесплатного проезда не бывает, и у разработчиков SMPS есть множество проблем, с которыми им приходится сталкиваться. К ним относятся большая сложность, генерация высокоамплитудной, высокочастотной энергии, которую фильтр нижних частот должен блокировать, чтобы избежать электромагнитных помех (ЭМП), и пульсации напряжения на частоте переключения, а также на связанных частотах гармоник.

В идеале каждый источник питания должен вести себя так же, как математические модели, используемые для его проектирования. Но в реальном мире компоненты несовершенны, нагрузки меняются, мощность сети может быть искажена, а изменения окружающей среды могут повлиять на производительность. Список можно продолжить. И разработчики должны создать блок питания, который занимает меньше места, более эффективен, снижает тепловыделение, снижает производственные затраты и соответствует более жестким стандартам EMI/EMC.

Правильный выбор конструкции требует тщательной характеристики и устранения неполадок в конструкции. К счастью, теперь эти задачи можно выполнять проще, чем когда-либо, с помощью современного осциллографа в сочетании с программным обеспечением для автоматизированного анализа мощности, которое выполняет большую часть тяжелой работы.

Измерения SMPS
Начнем с упрощенной схемы SMPS на рис. 1. Путь сигнала мощности типичного SMPS включает пассивные, активные и магнитные компоненты. Чтобы максимизировать эффективность, конструкции SMPS сводят к минимуму использование компонентов с потерями, таких как резисторы и транзисторы с линейным режимом, и делают упор на компоненты, которые (в идеале) не имеют потерь: транзисторы с переключаемым режимом, конденсаторы и магниты.

Устройства SMPS также включают секцию управления, содержащую такие элементы, как регуляторы с широтно-импульсной модуляцией, регуляторы с частотно-импульсной модуляцией и контуры обратной связи. Секции управления могут иметь собственные источники питания. Технология SMPS основана на силовых полупроводниковых переключающих устройствах, таких как MOSFET и IGBT. Эти устройства обеспечивают быстрое время переключения и способны выдерживать неустойчивые скачки напряжения.

Наиболее важные измерения, которые необходимо выполнить на SMPS, показаны на рис. 2 и включают входной фильтр, переключающее устройство, выпрямитель и фильтр. Использование современного осциллографа со встроенным программным обеспечением для измерения и анализа мощности упрощает настройку и облегчает проведение измерений с течением времени. Безусловно, тщательное исследование и оптимизация также являются важными факторами для получения хороших результатов.

Выходная пульсация
Первое измерение, которое мы рассмотрим, — это пульсации выходного напряжения на выходе блока питания или нагрузке. Определение пульсаций — это просто напряжение переменного тока, которое накладывается на выходное напряжение постоянного тока источника питания. В линейных источниках питания пульсации обычно почти вдвое превышают частоту сети, в то время как в импульсных источниках питания пульсации коммутации могут достигать сотен кГц. Как показано на рис. 3, автоматические измерения пульсаций с помощью осциллографа удаляют составляющие постоянного тока из формы волны выходного напряжения и вычисляют среднеквадратичное значение, а также значения размаха для оставшихся составляющих переменного тока.

Измерения пульсаций могут быть сосредоточены либо на компонентах, связанных с линией, либо на частоте самого коммутационного устройства. Как показано на рис. 3, мы измеряем пульсации при переключении, и автоматические измерения пульсаций отображаются на значке результатов в правой части снимка экрана. Другие дополнительные стандартные измерительные инструменты осциллографа также могут использоваться для дальнейшего исследования и анализа пульсаций. В верхней части экрана курсоры используются для измерения частотного содержания сигнала в частотной области. Между тем, в нижней части этого дисплея вы можете получить визуализацию пульсаций переключения во временной области. Вместе эти измерения обеспечивают всестороннюю характеристику количества пульсаций, создаваемых конкретной конструкцией SMPS.

Для измерения коммутационного устройства дифференциальный пробник используется для измерения напряжения на коммутационном устройстве, а затем токовый пробник используется для измерения тока коммутационного устройства. При такой настройке одним из первых измерений, на которое вам следует обратить внимание, является скорость нарастания, или скорость изменения как напряжения, так и тока при включении и выключении переключающего транзистора. На рис. 4 программное обеспечение для анализа мощности осциллографа сделало более 1000 измерений и накопило достаточно «богатых данных», чтобы получить показанные результаты. В этом случае видно, что коммутационное устройство включается гораздо быстрее, чем выключается.

Мощность и потери при переключении
В большинстве импульсных источников питания потери в основном возникают, когда устройство переключается между включенным и выключенным состояниями. Потери при включении происходят, когда переключающее устройство переходит из непроводящего состояния в проводящее. Потери проводимости возникают, когда переключающее устройство находится в состоянии насыщения. Потери при выключении — это потери энергии, когда коммутационное устройство переходит из своего проводящего состояния в непроводящее состояние.

На рис. 5 измерения общих потерь при переключении показаны на значке результатов в правой части дисплея. Приложение Power анализирует сигналы и определяет конкретные области измерения. В этом случае область включения начинается, когда напряжение и ток возрастают до 5% от амплитуды, и заканчивается, когда оба падают до 5% от амплитуды. Тогда область проводимости располагается между областями включения и выключения, а общие потери при переключении представляют собой просто сумму потерь.

График траектории в верхней части экрана на рис. 5 представляет собой удобное x-y отображение зависимости напряжения от тока во включенном состоянии зеленым цветом и в выключенном состоянии красным цветом. В этом конкретном случае вы можете видеть, что ток довольно линейно зависит от напряжения.

Другим распространенным измерением, выполняемым на коммутационном устройстве, является тестирование по маске безопасной рабочей зоны. Коммутационное устройство может выйти из строя, если превышены максимальный мгновенный ток, максимальное мгновенное напряжение или максимальная мгновенная мощность. В частности, для современных мощных устройств понимание SOA стало гораздо более важным. Часто бывает полезно оценить график SOA для различных условий работы, с которыми может столкнуться источник питания.

Чтобы охарактеризовать рабочую область, графики SOA измерения напряжения и тока обеспечивают простой визуальный способ увидеть, остается ли устройство в заданных пределах. На рис. 6 серая маска представляет запрещенную для устройства рабочую область. В этом примере для определения маски используются максимальные характеристики коммутационного устройства: максимальный ток 45 А для коммутационного устройства, максимальное напряжение 60 В и максимальная мгновенная рассеиваемая мощность в коммутационном устройстве 125 Вт. Здесь коммутационное устройство находится в пределах максимальных характеристик.

Анализ модуляции и качество электроэнергии
Работа модуляции может быть проанализирована при включении питания во время нормальной работы с изменяющимися условиями сетевого напряжения, а также с изменяющимися нагрузками. Анализ модуляции полезен для характеристики обратной связи широтно-импульсной модуляции от выхода постоянного тока до клеммы затвора переключающего транзистора для динамического регулирования напряжения. Это также может дать представление о характеристиках включения импульсного источника питания.

На снимке экрана на рис. 7 желтая кривая напряжения представляет собой управляющий сигнал драйвера затвора полевого транзистора при включении питания, зеленая кривая показывает временной тренд измерений положительной широтно-импульсной модуляции, а красная кривая показывает временной тренд измерения отрицательной широтно-импульсной модуляции. Результаты измерений накапливаются в верхней части дисплея и позволяют убедиться, что управляющий сигнал остается в пределах проектных спецификаций во время фазы включения.

Измерения на линиях электропередач характеризуют взаимодействие источника питания и среды его обслуживания. Полезно помнить, что источники питания могут быть любого размера, от небольших блоков питания вентиляторов внутри персонального компьютера до крупных устройств, питающих заводские двигатели, и массивных источников питания, поддерживающих телефонные банки и серверные фермы. Каждый из них оказывает некоторое влияние на входящий источник питания (обычно электроэнергию от сети), который его питает.

Чтобы определить влияние включения источника питания, необходимо измерить параметры напряжения и тока непосредственно на входной линии питания. Качество электроэнергии зависит не только от производителя электроэнергии. Это также зависит от конструкции и изготовления источника питания и от нагрузки конечного пользователя. Характеристики качества электроэнергии в источнике питания определяют «здоровье» источника питания. Для определения потребляемой мощности и искажений на линии электропередачи на входном каскаде производятся замеры качества электроэнергии.

Как показано на рис. 8, автоматические измерения качества электроэнергии позволяют быстро составить исчерпывающую таблицу статистических данных для входной секции переменного тока схемы преобразования источника питания. Измерения по существу включают в себя все, что вам нужно, включая частоту сети, среднеквадратичное значение напряжения и тока, пик-факторы напряжения и тока, действительную мощность, реактивную и полную мощность, а также коэффициент мощности и фазовый угол. В этом примере оранжевый математический сигнал показывает мгновенную мощность. в то время как фиолетовый сигнал показывает мгновенную энергию в сборе данных.

Анализ гармоник/Общие гармонические искажения
Измерения гармоник тока являются еще одним важным индикатором качества электроэнергии и часто требуются для многих стандартов, чтобы избежать помех для другого оборудования, подключенного к сети переменного тока. Основной мерой является полное гармоническое искажение или THD, кумулятивное значение искажения, содержащегося в гармониках основной частоты линии. Как показано на рисунке 9, измерения могут быть выполнены на первых 40 гармониках, всего до 100 гармоник.

Это особенно важно для высокочастотных источников питания, где гармоники могут представлять большую проблему. В дополнение к измерениям амплитуды в таблице результатов гармоник в левой части этого снимка экрана показаны измерения амплитуды частоты и фазы для каждой гармоники. Эта визуализация также предоставляет инструмент для оценки маржи по сравнению со стандартами, обозначенной белой линией, наложенной на диаграмму результатов.

Заключение
Источники питания являются неотъемлемой частью практически всех типов электронных продуктов, используемых сегодня, и SMPS стал доминирующей архитектурой для большинства этих продуктов, предлагая большую эффективность и меньший вес и размер, но с большей сложностью. Чтобы вывести конструкции SMPS на рынок, необходимы комплексные измерения для проверки надежной работы продукта и проверки соответствия нормативным требованиям.