Измерьте пульсации источника питания с помощью Rigol DS1052E
Вы должны быть в состоянии безопасно измерить плавающий линейный источник питания, если вы знаете, что делаете, и уверены, что источник фактически является плавающим.
Итак, первый шаг — убедиться, что запасы плавают. Было бы просто использовать мультиметр, чтобы убедиться в отсутствии проводящего пути между рельсами блока питания и землей. Это правда, вы можете просто подключить заземляющий разъем датчика осциллографа к некоторой точке в цепи. Часто это отрицательная линия схемы, но это не обязательно.
Если источник питания не плавает (или, если говорить более четко, заземлен), вам необходимо подключить заземление датчика осциллографа к заземленной шине источника питания. Обычно это отрицательная шина, но она может быть положительной, поэтому, чтобы быть уверенным на 100%, вам необходимо подтвердить заземление мультиметром.
Обратите внимание, что как только вы подключите зажим заземления датчика к некоторой части цепи, эта часть теперь заземлена! Это важно, потому что зажим заземления другого датчика также подключен к заземлению, и если вы прикоснетесь к другой части цепи, вы замкнете его на землю, что может иметь очень негативные последствия.
Вот схема обычных подключений зондов внутри осциллографа:
Так, если вы, например, подключите зажим заземления одного датчика к отрицательной шине питания, а другой к положительному, вы получите короткое замыкание.
Теперь о самом измерении:
Первым шагом было бы проверить, способен ли датчик выдерживать напряжение, и определить соответствующую настройку датчика. Обычно 10-кратное затухание используется на пробниках, поскольку это представляет собой то, что обычно является незначительной нагрузкой на источник питания и обеспечивает большую полосу пропускания для осциллографа.
После этого подключите зажим заземления датчика к источнику питания, а наконечник датчика к точке, которую вы хотите измерить. Некоторые источники рекомендуют отключать тестируемое устройство во время подключения и, на мой взгляд, это хорошая идея, поскольку оно сводит к минимуму шансы сделать короткое замыкание там, где его не должно быть при подключении зонда. После того, как вы подключите датчик, убедитесь, что датчик подключен правильно и не касается ничего, чего не должно быть, например, радиаторов (которые могут быть подключены к отрицательной стороне источника питания).
Затем активируйте осциллограф и убедитесь, что коэффициент затухания датчика установлен на то же значение, что и на датчике. Затем убедитесь, что настройка соединения зонда правильная. Он не должен быть установлен на землю и должен быть установлен на DC. Подробнее об этом в руководстве под To Set up the Vertical System.
Следующим шагом будет установка напряжения запуска осциллографа для подключенного датчика немного выше (или ниже) номинального напряжения источника питания. Это должно вызвать срабатывание прицела на пульсации.
После этого включите блок питания. Вы должны увидеть (более или менее) плоскую линию, отображающую выходное напряжение источника питания на экране, и вы можете увидеть некоторые помехи, воздействующие на это напряжение.
Следующая часть более сложна для объяснения и более экспериментальна, но если вы сделаете это несколько раз, это будет легко.
Идея состоит в том, чтобы увеличить помехи, которые вы видите. Вы можете попробовать автоматические измерения и посмотреть, как они работают.
Если они не показывают то, что вы хотите увидеть, я объясню, как это сделать вручную. Вся история объясняется в части руководства по горизонтальной и вертикальной настройкам. В основном вы используете ручку масштабирования, чтобы увеличить волну, которую вы видите, а затем вы используете ручку позиционирования, чтобы установить волну в центре. Я обычно сначала настраиваю вертикальные настройки, затем горизонтальные и повторяю процедуру, пока я не могу ясно видеть пульсации. Как только вы увидите это, вы можете измерить пульсацию с помощью сетки или курсоров. Использование курсора объясняется в примере 5 в конце руководства для области и в
До сих пор я не упоминал математическое меню, потому что нет необходимости использовать его. Вам определенно необходимо привязать некоторую точку в цепи к заземлению осциллографа, поскольку прицел выполняет все измерения относительно земли. Если вы подключите один датчик к положительной шине источника питания, а второй — к отрицательному и вычтете их, вы получите тот же результат, что и при измерении относительно земли зажима датчика.
Обратите внимание, что в случае изолированного линейного источника питания вы не можете получить контур заземления и иметь шум, так как не будет тока, проходящего от земли источника питания через землю осциллографа к основному заземлению, потому что сам блок питания не ‘ t привязаны к земле и нет замкнутого контура для прохождения тока.
Немного о связи по переменному току: как говорит Ворак, если вы установите датчик в соединение по переменному току, вы удалите низкочастотные сигналы. Это включает в себя постоянный компонент напряжения питания, который оставит вас только с пульсацией. Таким образом, вы можете избежать необходимости использовать элементы управления вертикальным положением для отображения шума, поскольку он уже будет центрирован по нулю, поэтому вы можете просто увеличить его.
Еще одна удобная вещь — настройки триггера. Вы также можете установить фильтрацию на цепь запуска, чтобы она работала на переменном, постоянном, низких или высоких частотах. Соединение триггера переменного тока удалит все сигналы с частотой до 10 Гц из цепи триггера, поэтому медленные периодические сигналы не будут мешать триггеру. Отклонение НЧ блокирует все сигналы с частотой менее 8 кГц, а отклонение НЧ блокирует все сигналы с частотой выше 150 кГц. Иногда это может быть полезно, если вы пытаетесь сфокусироваться только на одном компоненте сигнала и активировать его.
Метод измерения пульсаций выходной мощности постоянного тока
Оригинальный адрес статьиhttp://feotech.com/?p=159
В статье представлен метод использования заземляющей пружины измерительного провода осциллографа вместо традиционного метода измерения для измерения пульсации напряжения.
Измерение пульсации выходного напряжения позволяет быстро оценить производительность современных силовых преобразователей и оборудования LDO. Различные методы измерения могут привести к различным результатам измерения. Как получить точное значение пульсации стало самой важной частью измерения пульсации. Эта конструкция ориентирована на практический метод измерения пульсации выходного напряжения для проверки производительности преобразователя постоянного тока.Первый кратко вводится пульсация напряжения, а затем сравниваются формы сигналов с использованием традиционной длинной измерительной петли и короткой измерительной петли. Наконец, приведены три практических метода измерения и выводы.
- Краткое введение
Современные приложения для электронных продуктов часто включают в себя встроенные вычисления и функции беспроводного соединения, которые часто имеют высокую пульсацию и высокую нагрузочную способность, но требуют низкого пульсаций входного напряжения. Поэтому преобразователь постоянного тока нового поколения должен иметь более быстрый переходный процесс и поддерживать стабильное выходное напряжение в условиях быстро меняющейся нагрузки.Пульсация выходного напряжения должна быть такой же, как у LDO, или даже лучше. Чтобы оценить пульсацию выходного напряжения этих преобразователей, важно понять лучший метод измерения, чтобы большое количество шума не связывалось с осциллограммой измерения и не влияло на результат измерения.
При измерении пульсации на выходе шум, собираемый разными методами измерения, различается, и результат измерения покрывается шумом, который влияет на оценку производительности преобразователя мощности. На рисунке 1 показано, что составляющая шума накладывается на фактическую пульсацию на выходе, в результате чего измеренная пульсация на выходе будет больше, чем фактическая пульсация на выходе. Это очень распространено при использовании традиционных методов измерения: напрямую подключите общий пассивный осциллографический зонд к выходной клемме. В следующем разделе будут представлены причины ошибок измерения и методы решения этой проблемы.
Рисунок 1: Компоненты пульсации напряжения и шума накладываются в измерении,
2. Измерьте пульсации выходного напряжения
Рисунок 2: Традиционный метод испытания в сравнении с методом испытания грунтовой пружины
Измерение традиционного метода подключения не позволяет точно получить пульсацию напряжения силового преобразователя, потому что длинный провод заземления и крюк датчика в верхней части могут образовывать эффект рамочной антенны и поглощать окружающий шум окружающей среды. Шум накладывается на пульсацию выходного напряжения, что делает результат измерения неточным. Чтобы получить фактическую пульсацию выходного напряжения, измерительный контур должен быть минимизирован в измерительном устройстве. Метод измерения с использованием иглы зонда и заземляющей пружины осциллографа является одним из наиболее рекомендуемых методов точного измерения и известен своей простой в использовании и небольшой измерительной петлей. Используя этот метод, цикл сбора шума может быть легко уменьшен.
Примечание: Обратите внимание, что точка измерения также влияет на результат измерения выходной пульсации, поэтому второе, что нужно учитывать, — это выбрать точку измерения, чтобы минимизировать цикл сбора шума. Как правило, соответствующая точка измерения должна быть на контактной площадке выходного фильтра. Чем ближе точка измерения к конденсатору, тем меньше шум, создаваемый во время измерения. На рисунке 2 показано использование датчика осциллографа и заземляющей пружины для измерения обоих концов выходной емкости источника питания, а на выходной клемме используется обычный метод измерения. Площадь контура захвата шума, сформированного традиционным методом, намного больше, чем у метода заземления, что объясняет, почему на форме сигнала измерения появляется большое количество шума. Наконец, важно выбрать желаемую полосу частот дискретизации осциллографа в зависимости от приложения. С помощью трех приведенных выше советов можно легко измерить точное выходное пульсационное напряжение.
На рисунке 3 показано сравнение данных измерения емкости на выходной клемме с использованием традиционного метода длинной измерительной петли и метода заземляющей пружины при различных настройках ширины полосы выборки осциллографа. Результаты показывают, что шум и пульсации на форме волны, полученные традиционным методом длинной измерительной петли, велики, а метод измерения с помощью заземляющей пружины укорачивает измерительную петлю, выходная форма волны более четкая, и выходная пульсация может быть точно измерена.
Рисунок 3: форма волны измерения пульсации напряжения 20 МГц
Рисунок 3: форма волны измерения пульсации напряжения 200 МГц
Рисунок 3: форма волны измерения пульсации напряжения 500 МГц
3. Простые / практические советы
Минимизировать цикл измерения
При измерении пульсации выходного напряжения преобразователя постоянного тока измерение площади контура играет важную роль в получении шума. Всегда рассматривайте возможность минимизации зоны циркуляции. Этот метод может уменьшить влияние шума на измеренную величину пульсаций.
Выберите правильную точку измерения
Убедитесь, что измеренная площадь петли достаточно мала. В общем, выбирайте точку измерения ближе к выходному конденсатору, и чем ниже сопротивление подключения, тем лучше. Чем ближе точка измерения к конденсатору, тем меньше шум, создаваемый во время измерения.
Установите желаемую пропускную способность
Для различных применений чувствительность критической нагрузки к выходному рябому шуму системы преобразования энергии может быть разной. Для чувствительных к шуму приложений, таких как аналого-цифровые преобразователи с высоким разрешением (АЦП) или аудиоприложения, рекомендуется использовать полную полосу пропускания. Измерьте пульсации на выходе, и для приложений, нечувствительных к шуму, вы можете выбрать полосу дискретизации 20 МГц. Обратите внимание, что при полной полосе частот выборки осциллографа необходимо проверить минимальный уровень шума, чтобы обеспечить точное измерение пульсаций на выходе.
4. Заключение
При измерении пульсации выходного напряжения постоянного и постоянного тока с использованием метода пробника и заземляющей пружины осциллографа он меньше подвержен воздействию шума, прост в реализации и имеет высокую точность сбора данных. Осциллограф может легко достичь точности, выбрав соответствующую ширину полосы выборки и соответствующие контрольные точки. Измерение. Это очень хорошо для быстрого осмотра большинства DC-DC преобразователей.
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
Измерение — напряжение — пульсация
Измерение — напряжение — пульсация
Cтраница 1
Измерение напряжения пульсаций производится по схеме, изображенной на рис. 3 — 5, а, при соблюдении условия, что пределы измерений выбранных приборов в схеме должны соответствовать измеряемым токам и напряжениям. Выбор реостата, применяющегося в качестве сопротивления нагрузки, нужно производить с учетом выпрямленного напряжения и тока. [1]
Измерение напряжений пульсаций с помощью осциллографа, обеспечивает большую точность, чем с помощью электронного вольтметра, так как позволяет одновременно проверять форму напряжения. Перед тем как производить измерения осциллогра — j фом, его необходимо откалибровать. Калибровка может осуществляться тремя основными способами: приведением чувет — f витальности осциллографа к предусмотренным для него нор-5 мам; сравнением значений отклонения луча в электроняеьйу — Д чевой трубке, вызванного образцовым и измеряемым напряже-у ниями; предварительной калибровкой чувствительности, подаче напряжения от постоянного источника. [2]
Измерение напряжения пульсации выпрямительного устройства производится при подключении измерителя шумов к его выходным клеммам и при работе выпрямительного устройства на активную нагрузку. Измерение напряжения пульсации в условиях эксплуатации несколько усложняется. Измерение пульсаций Е цепях аппаратуры связи, не создающей собственную пульсации: ( например, анодные и накальные цепи ламповой аппаратуры), производится при работающей аппаратуре на выходе выпрямительного устройства и на щите питания в аппаратном зале. Измерение пульсаций в цепях аппаратуры связи, создающей собственную пульсацию ( например, аппаратура коммутации), производится на выходных клеммах выпрямительного устройства при отключенной аппаратуре связи и подключенной к выпрямительном устройству активной нагрузке и на щите питания в аппаратном зале. Если величина напряжения пульсации на выходе выпрямительного устройства соответствует заданным нормам, а на щит питания в аппаратном зале не соответствует, то необходимо в аппаратном зале устанавливать дополнительные фильтры, сглажи вающие пульсацию до заданной нормы. [3]
Если для измерения напряжения пульсаций попользуется осциллограф, не имеющий калибровки амплитуды, то нужно его проградуировать. [5]
Выбор приборов для измерения напряжения пульсаций ЧЙРчр дует производить из условия обеспечения заданной точности мерений, а также чтобы выпрямленное напряжение не превышало допустимых пределов измерений электронным вольтмет — ром или осциллографом по постоянному напряжению. В случае превышения указанных пределов в схему измерений включают разделительный конденсатор или делитель напряжения. Емкость включенного в схему ( рис. 11 — 3, а) измерений разделительного, конденсатора — СР следует выбирать из условия, чтобы его сопро; тивление на частоте пульсаций было весьма малым. [6]
На рис. 157 показана схема измерения напряжения пульсации. Выпрямитель включается в сеть переменного тока обычно через автотрансформатор ЛАТР. [7]
На рис. 145 показана схема измерения напряжения пульсации. Выпрямитель включается в сеть переменного тока обычно через автотрансформатор ЛАТР. [8]
В-третьцх, при несинусоидальной форме тока конденсатора для измерения напряжения пульсаций требуется применение сложного лабораторного оборудования типа анализатора гармоник. [9]
На рис. 3 — 5, а приводится схема измерения напряжения пульсаций. Выпрямитель включается в сеть переменного тока обычно через автотрансформатор типа ЛАТР. Нормальное напряжение питания устанавливается на входе выпрямителя по вольтметру Vi. Включение прибора, измеряющего ток нагрузки, необходимо для снятия нагрузочной или вольтамперной характеристики выпрямителя. [11]
Измерение напряжения пульсации выпрямительного устройства производится при подключении измерителя шумов к его выходным клеммам и при работе выпрямительного устройства на активную нагрузку. Измерение напряжения пульсации в условиях эксплуатации несколько усложняется. Измерение пульсаций Е цепях аппаратуры связи, не создающей собственную пульсации: ( например, анодные и накальные цепи ламповой аппаратуры), производится при работающей аппаратуре на выходе выпрямительного устройства и на щите питания в аппаратном зале. Измерение пульсаций в цепях аппаратуры связи, создающей собственную пульсацию ( например, аппаратура коммутации), производится на выходных клеммах выпрямительного устройства при отключенной аппаратуре связи и подключенной к выпрямительном устройству активной нагрузке и на щите питания в аппаратном зале. Если величина напряжения пульсации на выходе выпрямительного устройства соответствует заданным нормам, а на щит питания в аппаратном зале не соответствует, то необходимо в аппаратном зале устанавливать дополнительные фильтры, сглажи вающие пульсацию до заданной нормы. [12]
Однако трудность ее снятия и наличие очень малого наклона к оси абсцисс, объясняемого стабильностью выпрямленного напряжения при изменении сопротивления нагрузки, практически исключают применение данного способа. Измерение напряжения пульсаций может производиться одним из рассмотренных выше способов. [13]
Если конденсаторы фильтра оказываются исправными, а величина напряжений пульсации выше нормальной, то неисправным может быть только дроссель, который необходимо заменить. После замены неисправной детали производится измерение напряжения пульсаций, величина которого определяется в процентах; если она оказывается в норме, выпрямитель считается годным по этому показателю. [14]
Страницы: 1
определение пульсаций в комбинированных блоках питания
Комбинированные блоки питания.
Определение коэффициента пульсаций напряжения и тока.
В технических условиях комбинированных блоков питания [15], содержащих выпрямители переменного тока и преобразователи постоянного напряжения, предусмотрена такая характеристика, как коэффициент пульсаций [1, 2, 13 и др.] – отношение амплитуды наиболее резко выраженной гармонической составляющей напряжения или тока на выходе устройства к среднему значению напряжения или тока (рисунок 1).
Рисунок 1. Выходное напряжение блока питания |
Uвых – постоянная составляющая выходного напряжения, Uр-р – размах напряжения пульсаций от минимума до максимума U~вых |
Вычисление коэффициента пульсаций по напряжению в этом случае выполняют по формуле (1):
kп = (U~вых /Uвых)100% | (1) |
В современных выпрямителях, использующих импульсные методы преобразования, форма пульсаций существенно отличается от синусоидальной (рисунок 2).
Рисунок 2 Напряжение на выходе преобразователя напряжения |
Если нет необходимости знать коэффициент пульсаций по каждой из гармоник, используют формулу, аналогичную (1), а именно:
(2) |
где U0 – номинальное выпрямленное напряжение.
В литературе вычисленный таким образом коэффициент пульсаций иногда называют абсолютным коэффициентом пульсаций и обозначают kабс.
Требование к значению этой характеристики устанавливают исходя из разных соображений, в частности для обеспечения определенных уровней помехоэмиссии, как это сделано в стандарте [1], где установлено три класса пульсации:
— VR1 – c коэффициентом пульсации ≤ 1%;
— VR3 – c коэффициентом пульсации ≤ 5%;
— VRх – cпециальный, значение для которого устанавливают по согласованию с заказчиком изделия.
Коэффициент пульсации напряжения или тока определяют при испытаниях, используя метод 204, регламентированный в [2].
Для испытаний собирают схему, приведенную на рисунке 3.
Рисунок 3 Схема для определения коэффициента пульсаций Q1 – сетевой выключатель, Q2 – выключатель нагрузки, AR – нагрузка, AU – блок питания, PA1 – амперметр, PV1 – подключение осциллографа для измерения коэффициента пульсаций по напряжению, PV2 – то же, по току, PV3 – вольтметр, RI1 – шунт |
При проведении испытаний следует учитывать, что уровень пульсаций зависит от точки подключения приборов.
Для иллюстрации на рисунке 4 приведены осциллограммы из публикации [10], показывающие характер изменения напряжений в разных точках блока питания.
Рисунок 4 Осциллограммы выходных напряжений |
Верхняя линия на нём соответствует шине +5 В, средняя – +12 В, нижняя – +3,3 В. Для удобства справа наглядно проставлены предельно допустимые значения пульсаций.
В данном блоке питания шина +12 В укладывается в эти значения легко, шина +5 В – с трудом, а шина +3,3 В – не укладывается вообще.
Высокие узкие пики на осциллограмме последнего напряжения говорят нам о том, что блок не справляется с фильтрацией наиболее высокочастотных помех – как правило, это является следствием использования недостаточно хороших электролитических конденсаторов, эффективность работы которых сильно падает с ростом частоты.
Учитывая сказанное, все измерения следует выполнять при подключении приборов к тем зажимам комбинированного блока питания, которые указаны в технических условиях или в руководстве по эксплуатации.
Приведенная на рисунке 3 схема позволяют определить не только коэффициент пульсаций по напряжению, но коэффициент пульсаций по току. В последнем случае осциллограф подключают к зажимам шунта RI1 и измеряют напряжение пульсаций на шунте при включенной выключателем Q2 нагрузке AR.
Значение коэффициента пульсаций для тока вычисляют по формуле:
kпулI = (Uпул/Rш Iном)100% | (3) |
В документации на комбинированный блок питания может быть предусмотрено определение коэффициента пульсации напряжения в двух режимах – под нагрузкой и (редко) на холостом ходу.
Погрешность определения коэффициентов пульсации принимают равной пределу основной относительной погрешности применяемого осциллографа.
Литература
1. ГОСТ Р 51179-98. Устройства и системы телемеханики. Часть 2. Условия эксплуатации. Раздел 1. Источники питания и электромагнитная совместимость.
2. ГОСТ 26567-85. Преобразователи электроэнергии полупроводниковые. Методы испытаний.
3. ГОСТ Р 50397-2011. Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения.
4. ГОСТ 30372-95. Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения.
5. ГОСТ 18953-73. Источники питания электрические ГСП.
6. Методы проверки источников питания и стабилизаторов // [Электронный ресурс], режим доступа: http://nauchebe.net/2013/08/metody-proverki-istochnikov-pitaniya-i-stabilizatorov/
7. Чанг Дже-Йонг. Проведение осциллографических измерений с высокой точностью и воспроизводимостью // Компоненты и технологии, №7, 2011, С. 169
8. Источники питания постоянного тока PSP-603, PSP-405, PSP-2010. Методика поверки МИ-220/447-2010 // [Электронный ресурс], режим доступа: http://www.prist.ru/files/power%20source/goodwill/mp_psp_603,405,2010.pdf
9. Измерения и анализ характеристик источников питания с помощью осциллографов Tektronix серий MSO/DPO // [Электронный ресурс], режим доступа: http://www.russianelectronics.ru/leader-r/review/2327/doc/43303/
10. Олег Артамонов. Методика тестирования блоков питания // [Электронный ресурс], режим доступа: http://fcenter.ru/online/hardarticles/tower/22647
11. ГОСТ 5237-83. Аппаратура электросвязи. Напряжения питания и методы измерений.
12. ГОСТ Р МЭК 61683-2013. Системы фотоэлектрические. Источники стабилизированного питания. Методы определения эффективности
13. ГОСТ 23875-88. Качество электрической энергии. Термины и определения.
14. ГОСТ Р 54364-2011. Низковольтные источники питания постоянного тока. Эксплуатационные характеристики.
15. ДИВГ. Комбинированный блок питания БПК-5. Технические условия.
Оценка пульсаций сетевого USB адаптера (ЗУ) без осциллографа.
Написано специально для mysku.ru к Первому апреля!На муське много обзоров сетевых китайских зарядок. Часть из них написана местными профи и описание характеристик в этих обзорах, как правило, исчерпывающее. Но так бывает не всегда.
Иногда можно увидеть много картинок и внутренностей и всяких измерений и при всем при этом не получить никакого представления о качестве зарядки и разумности покупки.
Поэтому, ни в коей мере не покушаясь на свободу творчества будущих авторов, напомню, что основной ( и почти полной) характеристикой любого блока питания является его выходная вольт-амперная характеристика. То есть, очень хорошо, если в обзоре адаптера присутствует вот какая-то такая картинка: . О чем эта картинка не «говорит», так это об уровне пульсаций выходного напряжения. Если дома есть осциллограф, то измерить размах пульсаций при разных токах нагрузки — не проблема. А если осциллографа нет? Тема актуальна даже не для написания обзора, а просто для того чтобы произвести дома отбраковку из десятков накопившихся китайских зарядок.
Грубую (но вполне практичную) оценку пригодности адаптеров можно произвести «прибором» из десяти деталек. Схемы подобных милливольтметров неоднократно печатались в журнале «Радио»,
(Степанов Б., ВЧ головка к цифровому мультиметру. — Радио, 2006, № 8, с. 58, 59.
Степанов Б., ВЧ вольтметр на диоде Шоттки. — Радио, 2008, № 1, с. 61, 62.). Отличие данной конструкции — наличие двух разъемов USB, что позволяет включить милливольтметр между USB адаптером и нагрузкой, так же как включаются многочисленные «USB-Доктора».
Сделать можно за полчаса. Микроамперметры годятся чувствительные и высокоомные ( 10…50 мкА, 1….2 кОм). Диод Шоттки — любой низковольтный (SS12….SS14, SS32…SS34, 1N5817….1N5819). Милливольтметр — с двумя пределами: 500 мВ и 1,5 В. Но это для синусоидального сигнала. Для пульсаций неизвестной формы — приборчик работает просто как индикатор наличия. Частотный диапазон милливольтметра 300 Гц….1,5 Мгц, чего вполне достаточно для любых импульсных преобразователей. Стрелка начинает «шевелиться» при уровне пульсаций около 30 мВ (отклонение от нуля на 1..2 толщины стрелки). Если стрелка не двигается, значит проверяется хороший фирменный адаптер ( Эппл, Самсунг). На большинстве китайских адаптеров отклонение вполне заметно. А на отдельных (особо «качественных») адаптерах на максимальных токах нагрузки (1,5…3,0А) приходится переключаться на второй диапазон ( 1,5 вольта). Максимально допустимое входное напряжение зависит от параметров керамических конденсаторов и диода Шоттки. То есть, оценить уровень пульсаций можно практически на любой современной ( до QC3, 20V) зарядке.
Примечание: медные «пружинки» — просто держат кабель USB, это не индуктивности, хотя и похожи. :-).
Дополнительная информация
=============================
Дополнение 31.03.2018:
Несколько фотографий для иллюстрации работы индикатора.
На примере белого адаптера с зеленой полоской (в заголовке топика). Адаптер куплен на Али: Почти 15 тысяч заказов и 12 тысяч отзывов, а адаптер-то хреновенький! Вот и верь после этого «общественному мнению».
Первые три фотографии относятся к адаптеру в исходном состоянии. Ток нагрузки — 1 ампер. Размах пульсаций по осцилограмме — уже вольт! На 2-х амперах пульсации еще больше (ближе к 1,5 вольтам), я уж не стал снимать, чтобы не шокировать народ.
Еще три фото — такой же адаптер, но после доработки ( LC фильтр на выходе, емкость танталовых электролитов — 200 мкФ), нагрузка 2 ампера.
Индикатор работает! 🙂
============================
Еще одно дополнение про адаптер с зеленой подсветкой.
Я уже давно не действующий (эпизодический) электронщик. Поэтому всякие новые детальки не отслеживаю. Но в этом адаптере обнаружил новую (для меня) деталь, о существовании которой даже представления не имел. Когда разобрал, не обратил внимания — ну стоит какой-то плоский «Шоттки» мало-ли у китайцев корпусов всяких.
Этот адаптер, вообще-то, способен какое-то время выдавать больше трех ампер, но греется при этом страшно! Как раз диод и греется. Вот я решил «улучшить» схему и впаял на это место два трехамперных диода SS34. Результат получился забавный. Оба диода отпаялись секунд через 20…30 и отвалились с печатной платы. Температурная защита сработать не успела, плата была не в корпусе. Тут уж мне стало интересно и я полез смотреть что это за «8A45SP». Оказалось, что это называется SUPER BARRIER RECTIFIER (SBR) SBR8A45SP5 фирмы «Diodes». На 8 ампер! Судя по описанию — это какой-то мутант из быстрых диодов и диодов Шоттки. Но один параметр впечатляет! Прямое падение при токе 8 ампер — 0,52 В (при 125 градусах). Это чуть лучше чем у «абстрактного» 8-амперного Шоттки. По-видимому есть и какая-то скрытая «засада» с этими SUPER BARRIER RECTIFIER. Потому-что непонятно, если они такие классные, чего они только у «Diodes» есть.
Нашел статью, если кому-то интересно. Там, кстати, есть сравнение с Шоттками и понятно почему они отпаялись. У мощных SBR, похоже, раза в три больше обратный ток. Возможно «засада» именно в этом и состоит.
внутренние проблемы в шинах питания и анализ процессов в системе электропитания при изменении тока нагрузки
Достоверность отображения сигналов в силовой электронике: внутренние проблемы в шинах питания и анализ процессов в системе электропитания при изменении тока нагрузки
Третичный тип электрических шумов и наводок, присутствующий в системах распределения питания PDN (power distribution network), это те явления, которые можно назвать внутренними “агрессорами”. Помехи, которые наводятся от одного компонента системы другому по линии электропитания.
Рассмотрим пример изменения формы тока и напряжения в шине питания PDA*, при включении каких-либо устройств (Например, фонарик смартфона, WiFi модуль, камера и т.д.). На Рис. 1 видно, как на графике выходного напряжения VRM** шины питания с номиналом 1 В, сигнал имеет спад (“просадку напряжения”) в момент включения устройства, потребляющего ток. И, спустя короткий промежуток времени, уровень питающего напряжения возвращается в номинальный. Аналогично описанному процессу явления можно наблюдать и с шумами источников питания современных цифровых систем. В подавляющем большинстве современных цифровых схем применяются импульсные источники питания, характеризуются возникновением колебаний, которые появляются в ответ на изменение тока нагрузки и являются нежелательными для устойчивого функционирования системы.
Рис. 1. Падение напряжения («проседание») на шине электропитания, как отклик на нагрузку.*-. PDA – (personal digital assistant) устройство известное как карманный ПК (мобильное устройство, которое функционирует как электронный девайс: смартфон, планшет и персональный органайзер).
** — VRM — (Voltage Regulator Module) модуль регулятора напряжения портативного цифрового устройства (аппаратная часть ПК и устройств на их базе).
Инженер-конструктор и разработчик РЭА, заинтересован в оценке параметров пульсаций тока и имеющихся шумовых процессов в сети питания, поскольку спад (“просадка”) напряжения может повлиять на работу других компонентов системы, запитанных от того же источника питания и находящихся на той же шине питания.
Чтобы произвести такого рода оценку нам необходимо измерить параметры переходного процесса в шине электропитания, возникающего как реакция на увеличение потребления тока из-за подключения дополнительной нагрузки.
Для этого необходимо рассмотреть форму сигналов тока и напряжения в шине питания. На Рис. 1 показан экран осциллографа кривая напряжения канал C5 (зеленый график), и кривая тока в цепи канал C8 (оранжевый график).
Сначала мы должны выяснить, что происходило в шине питания до включения нагрузки, и ответить на вопросы:
- Какое было среднее напряжение?
- Какой был уровень пульсаций?
Затем, мы должны измерить параметры переходного процесса, возникшего в результате включения нагрузки в шину питания ответить на следующие вопросы:
- Насколько произошла просадка тока напряжения?
- Сколько времени потребовалось для восстановления параметров питания?
- Сколько времени потребовалось для восстановления параметров питания после отключения нагрузки?
Таким образом, мы можем дать оценку, а также количественные показатели параметров системы до подключения нагрузки, динамического состояния во время подключения нагрузки, а также устойчивого состояния после отключения нагрузки.
Далее будет рассмотрено 3 основных подхода для проведения данных измерении с помощью осциллографа, описанных по мере сложности их реализации.
Для всех примеров будем проводить измерения в шине питания 1 В, длительность измерений 1 мс, подключение нагрузки к шине питания будет осуществляться через 500 мкс после начала измерений.
1. Измерение переходных процессов с помощью курсоров
Достаточно широко используемый базовый метод измерений переходных процессов на шине питания при анализе отклика на нагрузку (Transient Response) заключается в применении осциллографа с функцией курсорных измерений.
Чтобы увидеть и оценить уровень пульсаций на шине в состоянии «без нагрузки», необходимо просто расположить линии вертикальных курсоров на наблюдаемые пики напряжения на осциллограмме — один курсор в верхней и один курсор в нижней части кривой — и считать значение.
Функция курсорных измерений в осциллографах Teledyne LeCroy обеспечивает автоматическое вычисление разницы показаний с отображением полученного значения.
На Рис. 3 курсоры показывают уровень пульсаций 19,81 мВ (∆-значение – в зелёном овале в левой нижней части экрана).
Рис. 3. Измерение пульсаций курсорами – макс. Uпик и мин. Uпик.Среднее напряжение (Umean) затруднительно точно измерить с помощью курсоров. Для этого необходимо найти на осциллограмме область кривой, где напряжение на графике является наиболее «плотным» и установить там курсор (голубая стрелка Рис. 4).
Рис. 4. Измерение среднего напряжения курсором.Однако надо иметь в виду, что этот способ не является достаточно точным методом измерения среднего напряжения.
На Рис. 4 показано измеренное среднее напряжение 999,81 мВ, что довольно близко к ожидаемой величине на данной шине напряжения «1 В».
Далее, одним курсором, как описано выше, выполняется измерение пульсаций и среднего напряжения в стабильном состоянии после активации нагрузки (этап установления Uном). Поскольку измерения вертикального курсора охватывают все собранные отсчеты входных данных и по-прежнему включают значения с других этапов реакции ИУ на нагрузку, то это означает, что точного разделения этих этапов не обеспечено. Тем самым не учитываются различия между предварительным состоянием (до нагрузки), этапом включения нагрузки и состоянием установления на шине питания.
Метод использования курсоров также сложнее с точки зрения учета динамического поведения связанных процессов тока и напряжения на шине. Чтобы оценить насколько сигнал уменьшился по амплитуде («просел»), можно выполнить измерение от наиболее плотной по яркости области осциллограммы напряжения (Umean) до минимального пика (самый нижний на графике). Это значение на Рис. 5 составляет около 31 мВ (размах указан голубой стрелкой, значение в нижнем левом углу — зелёным цветом).
Рис. 5. Оценка спада напряжения курсорами — Uсред и Uмин.Но опять же, надо помнить, что данный результат включает в себя все пульсации сигнала присутствующие в захваченных данных.
Чтобы оценить время восстановления (время необходимое для возвращения к определенному процентному значению от уровня напряжения Uном), следует установить один горизонтальный курсор на точку, где ток начинает расти по мере приложения нагрузки, а линию другого на точку графика, где напряжение восстановилось до требуемого % уровня, который необходимо измерить (Рис. 6).
Рис. 6. Курсорные измерения времени восстановления напряжения.В данном примере показано измерение интервала времени восстановления до уровня 10% спада, который имел значение 31 мВ. Таким образом, второй горизонтальный курсор расположится в точке, где напряжение снизится на 3,1 мВ (параметр C5) после подачи нагрузки по сравнению со значением устойчивого состояния. Установки курсоров измерения времени выполняются путем размещения горизонтального курсора №1 в точке, где начинает расти ток, а курсора №2 в точке достижения напряжением конечного уровня.
2. Измерение переходных процессов с помощью функций «Растяжка» и «Параметры»
Применение растяжки ограничивает измерения только одним участком осциллограммы (заданной областью зума), например, в виде выделенной на кривой зоне, соответствующей предварительному состоянию ИУ до нагрузки. Однако, при этом растяжка обеспечивает лучшее отображение и детализацию поведения составляющих высокочастотного сигнала.
Более сложный способ измерения переходных процессов и откликов устройства на нагрузку при помощи осциллографа является использование цифровой растяжки и режима измерения параметров.
Применение растяжки ограничивает измерения только одним участком осциллограммы (заданной областью зума), например, в виде выделенной на кривой зоне, соответствующей предварительному состоянию ИУ до нагрузки. Однако, при этом растяжка обеспечивает лучшее отображение и детализацию поведения составляющих высокочастотного сигнала.
На Рис. 7 справа на экране показаны две растяжки (zoom C5 и zoom С8), которые отображают напряжение шины до включения нагрузки (светло-зеленый цвет) и уровень тока (оранжевый цвет) как увеличение соответствующих осциллограмм. Достоверно наблюдая на растяжке, что ток нагрузки еще не начал расти, это является подтверждением правильности выбора области выделения на форме сигнала для измерений.
Рис. 7. Растяжка: Zoom-фокус на параметры в одной области кривой (один из этапов измерения).Далее в приборе к результату растяжки напряжения (иконка Z5) можно применить функцию измерения «Параметр», чтобы определить численно уровень пульсации до включения нагрузки (в примере 19,88 мВ) и среднее значение, как параметр для расчета фактического среднего напряжения (999,665 мВ).
Простое перемещение области увеличения на экране позволит увидеть те же измерения на участке кривой, описывающей статус устройства после активации нагрузки. Также имеется возможность создать новые растяжки этой области сигнала в строке параметров осциллографа с целью сохранить для анализа ранее выполненные Zoom-окна на его дисплее.
На Рис. 8 показаны, как уровень пульсаций (пик-пик), так и среднее напряжение, значения которых на этапе установления электропитания на шине немного выросли, до 22,04 мВ и 1 В соответственно (на Рис. значения в нижнем левом углу — зелёным цветом).
Рис. 8. Функция «Растяжка»: измерение Uпик-пик и Uсред – этап после наброса нагрузки.Падение напряжения можно количественно оценить, используя функцию растяжки в момент активации нагрузки (параметр Z3 — голубой цвет) — измерив Uмин. этого события, и далее использовать параметрическую математику для вычитания Uмин из значения среднего напряжения в состоянии до начала протекания тока нагрузки (Рис. 9).
Рис. 9. Значения параметров в функции растяжки (Zoom), используемые для анализа трех состояний ИУ.Опять же отметим, что этот метод по-прежнему будет не самым подходящим и точным для измерений, потому что некоторые из отсчетов пульсаций были включены в массив данных участка падения напряжения.
Измерения отклика параметров электропитания на нагрузку и временных интервалов этих процессов может быть выполнено, как описано выше с помощью курсоров, размещенных на растяжках осциллограмм. В этом случае легче оценить их расположение на кривой, потому что форма сигнала увеличена и оператор может лучше рассмотреть поведение и флуктуации всех ВЧ компонент.
3. Измерение переходных процессов с помощью ПО Digital Power Management
Наиболее точным методом анализа на шине электропитания являются измерения, выполненные с использованием программного обеспечения Teledyne LeCroy – «Digital Power Management» (ПО), которое предоставляет пользователю широкие возможности измерений и позволяет лучшее понимать происходящие процессы. Данное ПО позволяет проводить измерения интересующих нас сигналов для каждого цикла включения, для оценки изменения параметров шины питания в результате воздействия какого–либо определённого (интересующего нас) устройства. Учитывая это формулируется тезис данного способа тестирования: «При известной частоте ШИМ-преобразования, сигнал которого вероятно вызывает пульсации, необходимо обеспечить синхронизацию измеряемых сигналов с «агрессором» с целью наблюдения изменений в каждом их циклов» (Рис. 10). На данном рисунке — слева на экране представлены интересующие сигналы напряжения/ тока на шине — параметры С5/ С8 (соответственно), справа – меню настройки тактовой синхронизации с помехой (SyncSetup).
Рис. 10. ПО Digital Power Management синхронизирует измерения с периодом известной помехи.Выполняя измерения этим способом, пользователь имеет возможность выбрать два интересующих сигнала: напряжение и ток, и далее программное обеспечение автоматически вычисляет ср.кв. значение (RMS), среднее отклонение (deviation), пиковое значение (положительное и отрицательное) и значение пик-пик этих двух сигналов за каждый цикл. Данное ПО разработано специально для измерений мощности цифровых устройств, в том числе для анализа переходных процессов на шине электропитания — выбросов, пульсаций и провалов (Рис. 11).
Рис. 11. Все значения параметров для анализа переходных процессов на шине электропитания вычисляются автоматически.Оператор просто выбирает в меню те параметры которые необходимы для наблюдения и включения в таблицу измерений.
Включение функции растяжки с заданной областью «Zoom+Gate» (Рис. 12) автоматически создает новые экраны цифрового увеличения участка каждой кривой и определяет границы растяжки для всех измерений в той же области масштабирования.
Рис. 12. Один клик на «Zoom+Gate»обеспечивает растяжку и синхронизацию форм, задает область увеличения для всех измерений.Все графики и их цифровые растяжки синхронизированы, поэтому легко выполнить панорамное отображение как исходного сигнала, так и его увеличенного следа, а также наблюдать обновляемые измерения на всех сигналах одновременно.
При нажатии на иконку измерения в таблице ПО будет отображать на экране график значения этого параметра для каждого цикла как форму сигнала за период (per-cycle Waveform на Рис. 13 – по стрелке).
Рис. 13. Форма сигнала за цикл — пульсации на кривой удалены.За счет вычисления среднего напряжения в каждом цикле (Umean), алгоритм ПО реализует удаление высокочастотных апериодических компонент и пульсаций при измерении интересующих нас сигналов электропитания.
Таким образом, значения параметры определяются формой сигнала за период (цикл), и теперь пользователь действительно может достоверно оценить, как именно среднее напряжение шины Umean меняется во времени (справа на Рис. — указано стрелкой).
Это имеет ряд очевидных преимуществ при выполнении вышеперечисленных тестов, в том числе для измерения спада напряжения, потому что теперь пользователь может измерить пик-пик значение без паразитного влияния присутствующих в сигнале пульсаций.
Полученное при использовании ПО значение просадки напряжения на форме сигнала за цикл величиной 23,7 мВ (Рис. 14) существенно меньше, чем 31 мВ, значение ранее рассчитанное «вручную» с использованием курсоров, т.к. при вычислении значения спада присутствие в сигнале реальных пульсаций исключается из расчета.
Рис. 14. Использование курсоров (Pk-Pk) и измерение параметров за период сигнала обеспечивают более достоверные данные для анализа.Кроме того, ПО облегчает измерение таких показателей, как время установления при включении нагрузки и время обратного восстановления до номинального напряжения, потому что точку начала и конца измерений легче выбрать на форме сигнала. Так как в противном случае у пользователя нет возможности визуального контроля за средним напряжением шины, значение которого расположено на кривой между линиями отсчетов пульсаций.
Автор:
Teledyne LeCroy
Дата публикации:
09.10.2020
Как измерить пульсации и переходные процессы в источниках питания
Двумя наиболее распространенными характеристиками при оценке источника питания являются пульсации и переходные процессы . Хотя они могут показаться простыми измерениями, есть два важных аспекта, о которых следует помнить, чтобы получить правильные данные. Первый — это метод измерения при использовании пробника осциллографа, а второй относится к конкретным условиям, при которых указываются эти данные.
Правильные методы измерения с использованием пробника осциллографа
Перед тем, как пытаться измерить пульсации или переходные процессы, следует обсудить некоторые основы измерения с помощью осциллографа.Поскольку величина интересующего сигнала обычно измеряется в милливольтах, любой усиливаемый внутренний сигнал или принимаемый внешний сигнал может легко скрыть или исказить сигнал и привести к неверным результатам. Чрезвычайно важно смягчить это с помощью правильных методов измерения с помощью датчиков.
Самое важное, что может сделать тестер для обеспечения хорошего измерения, — это минимизировать контур заземления, создаваемый пробником. Петля, создаваемая обратным трактом пробника, вызывает индуктивность, которая может усиливать внутренний шум и улавливать внешний шум.Зонды обычно поставляются с заземляющим зажимом в стиле аллигатора, подобным показанному на изображении ниже. Хотя эти зажимы заземления просты в подключении, они образуют большие контуры заземления, которые не рекомендуются для этих измерений. Вместо этого есть два распространенных и предпочтительных метода создания небольшого контура заземления: метод «наконечника и ствола» и метод «скрепки».
Большой контур заземления из-за длинного зажима заземленияМетод наконечника и цилиндра удаляет защитный слой заземления и зажим зонда, оставляя острие и корпус зонда открытыми.Затем на наконечник зонда подается выходное напряжение, а цилиндр наклоняется так, чтобы он контактировал с землей в точке, очень близкой к наконечнику. Недостатком этого метода является то, что доступные точки щупа или точки, в которых вы можете применять как наконечник, так и цилиндр, могут быть не идеальными и / или находиться на расстоянии от любого выходного конденсатора. В идеале пробник следует размещать как можно ближе к выходному конденсатору.
Идеальная установка для метода наконечника и стволаС другой стороны, метод скрепки использует метод наконечника и ствола и добавляет к стволу небольшую катушку проволоки с коротким выводом.Это создает наконечник зонда, похожий на пинцет, что обеспечивает более гибкое расположение зонда при сохранении небольшой площади петли.
Идеальная установка для метода скрепкиХотя это не единственные методы получения хорошего сигнала, следует приложить усилия, чтобы контур заземления был как можно меньше, независимо от выбранного метода. Для получения дополнительной информации посмотрите наше видео, демонстрирующее эти методы зондирования.
Пульсация и шум
Пульсация — это неотъемлемая составляющая переменного тока выходного напряжения, вызванная внутренним переключением источника питания.Шум — это проявление паразитов в источнике питания, которые проявляются в виде высокочастотных скачков напряжения на выходе. В таблицах данных указано максимальное отклонение выходного напряжения от пика до пика, вызванное пульсацией и шумом. Как обсуждалось выше, важно использовать хорошие методы измерения, чтобы гарантировать, что измерения точно представляют пульсации и шум источника питания.
При тестировании пульсации и шума необходимо помнить несколько условий. Во-первых, нагрузка оказывает значительное влияние на пульсацию, поэтому важно, чтобы измерения проводились при тех же условиях нагрузки, обычно при полной нагрузке, как указано в таблице данных.Входное напряжение также влияет на пульсации, и испытание следует проводить при всех интересующих входных напряжениях. Помимо электрических условий, многие производители указывают некоторые внешние конденсаторы (обычно электролитический порядка 10 мкФ и керамический 0,1 мкФ), которые используются на выходе источника питания для целей измерения. . Зонд следует размещать рядом с этими конденсаторами. Наконец, для этого измерения обычно указывается предел полосы пропускания 20 МГц на канале осциллографа.
Как правило, для выполнения этого теста требуется только один пробник, при этом пробник помещается поперек выходного конденсатора или указанного внешнего конденсатора с использованием методов измерения пробника, описанных выше.
Пример плохих и хороших измерений пробника: измерение пульсаций и шума большого контура заземления (слева) и метод «скрепки» (справа)Переходный отклик
Переходная характеристика — это величина, на которую выходное напряжение может отклоняться из-за изменения нагрузки. При изменении нагрузки источник питания не может немедленно отреагировать на новые условия и либо имеет слишком много накопленной энергии, либо ее недостаточно.За избыток или недостаток энергии отвечают выходные конденсаторы. Они либо расходуют свой заряд, чтобы поддерживать нагрузку, вызывающую снижение напряжения, либо накапливают избыточную энергию, вызывая повышение напряжения. В течение нескольких циклов переключения источник питания будет настраиваться на хранение только той энергии, которая требуется нагрузке, в то время как выходное напряжение вернется к своему номинальному значению. При измерении переходной характеристики важны величина отклонения выходного напряжения от номинального значения, время, необходимое для восстановления, или время, в течение которого напряжение выходит за установленные пределы регулирования.
В отличие от пульсаций и шума, условия которых ограничиваются нагрузкой и входным напряжением, переходная характеристика имеет несколько дополнительных условий, которые могут повлиять на ее измерение. Важные условия, на которые следует обратить внимание, — это скорость нарастания приложенной ступени нагрузки, пусковой ток и конечный ток. Скорость нарастания имеет большое влияние на переходную характеристику, потому что чем быстрее изменяется нагрузка, тем больше будет отклоняться выходной сигнал, прежде чем источник питания сможет адаптироваться к изменяющимся условиям. Начальный и конечный текущие уровни также могут иметь влияние.Источники питания часто ведут себя по-разному при малых нагрузках, и переходный процесс, который проходит между этими областями, может привести к тому, что источник питания будет реагировать иначе, чем если бы переходный процесс произошел в одной области. Начальный и конечный токи, наряду со скоростью нарастания, также определяют время изменения тока и должны соответствовать указанным условиям.
Для измерения переходной характеристики пользователю потребуются два канала осциллографа. Первый зонд должен быть на выходе источника питания рядом с выходными контактами или точкой регулирования.Измерение выходного напряжения вдали от точки регулирования вызовет смещение постоянного тока между двумя состояниями нагрузки, вызванное падением напряжения в выходных кабелях. Второй датчик должен показывать ток или сигнал, синхронный с переходным изменением нагрузки. Этот пробник будет использоваться в качестве триггера, чтобы можно было четко увидеть результирующее отклонение выходного напряжения.
Измерение переходной характеристики с выходным напряжением (вверху) и нагрузкой (внизу)Заключение
Пульсации и переходные процессы являются общей частью оценки источника питания.При измерении этих характеристик с помощью осциллографа важно минимизировать площадь контура пробника, чтобы избежать искажения рассматриваемых сигналов. В дополнение к надлежащим методам измерения с помощью датчиков, условия, при которых в таблице данных указываются эти измерения, также должны быть известны и соблюдаться для того, чтобы любое сравнение было достоверным.
Категории: Основы , Тестирование и анализ отказов
Вам также может понравиться
У вас есть комментарии к этому сообщению или темам, которые вы хотели бы, чтобы мы освещали в будущем?
Отправьте нам письмо по адресу powerblog @ cui.ком
: как измерить пульсацию
Производительность переключающего преобразователя может значительно снизиться, если на выходной сигнал влияет пульсация. Его присутствие хорошо видно в спектрометре. Уменьшение пульсаций на выходе и переходных процессов при переключениях жизненно важно для всех приложений. Давайте посмотрим, как заметить и как измерить любую волну, присутствующую в выходном напряжении постоянного тока.
Рекомендуется
Примечания по конструкции источника питания — Вот предыдущая статья. Наслаждаться!
Введение
Измерение пульсаций на выходе импульсных регуляторов является важной и деликатной операцией по многим причинам. Измерение этого нежелательного сигнала требует большой осторожности, так как легко получить ошибочные показания. Пульсация — это нежелательный сигнал, который присутствует на выходе импульсного регулятора.Это зависит от качества самого регулятора и характеристик используемых внешних компонентов.
Пульсация — это остаточная величина переменного напряжения на выходе переменного тока, частота которой зависит от коммутации цепи. Его основная частота совпадает с частотой переключения. Важным параметром, который определяет это, является коэффициент пульсации, который эквивалентен соотношению между среднеквадратичным значением компонента переменного тока на выходе и средним значением выпрямленного выхода (см. Формулу 1).Это всегда меньше единицы.
Формула 1: фактор пульсацииЧасто бывает сложно измерить точно. У инженеров могут возникнуть трудности с выполнением точных измерений с помощью осциллографа. Сумма источников ошибок должна составлять всего несколько мВ. Но для других, более важных приложений, таких как медицинские приложения, пределы еще уже.
Измерение пульсаций осциллографомОсциллограф выполняет измерения пульсаций (см. Рисунок 1).На высоких уровнях этот выбор не самый лучший. Кабели, ведущие к наконечникам осциллографа, образуют петлю. Зонд и заземляющие проводники создают паразитную индуктивность, которая отрицательно влияет на измеряемый сигнал. Проблема усугубляется, когда измеряемая частота выше. Для этого анализа, для некоторых типов измерений, включая измерение пульсаций, должны использоваться очень короткие кабели и очень качественные датчики. Осциллограф тоже должен делать свое дело и быть отличного качества. Он должен иметь хорошую чувствительность, отличное соотношение сигнал / шум, высокое разрешение и достаточную полосу пропускания.Зонды низкого качества не награждаются. Осциллографы низкого уровня имеют высокий фоновый шум при использовании с высоким входным сопротивлением. Если пульсация минимальна, ее визуализация крайне неудобна и сложна. Необходимо исключить составляющую постоянного тока полученного сигнала и увеличить слабый сигнал переменного тока, чтобы измерить пульсацию, наложенную на постоянное напряжение питания. По этой причине вход переменного тока развязан конденсатором емкости C, включенным последовательно с кабелем, создавая простой фильтр верхних частот, характеризуемый постоянной времени:
t = 2 x Z x C
Как вы можете видеть на рисунке, хотя выходной сигнал около 17 В представляет собой постоянный ток, на него влияет нежелательная переменная составляющая.Иногда полезно усилить переменную составляющую после блокировки постоянного тока через конденсатор.
Рисунок 1: Пульсации в сигнале постоянного тока Измерение пульсации тестеромНапряжение пульсации — это небольшое переменное напряжение, которое превышает смещение постоянного тока. Его также можно измерить с помощью цифрового мультиметра, даже если операция неудобная, неточная и сложная. Для этого подключаются щупы цифрового мультиметра и выхода регулятора.Красный прикреплен к положительному выводу, а черный — к отрицательному. Выберите режим «Напряжение переменного тока», повернув ручку тестера. Измеритель будет измерять только переменную составляющую сигнала, пульсации напряжения, если они есть. На дисплее отображается измеренное значение амплитуды пульсаций напряжения. Если он показывает значение 0,00 мВ, значит, скорее всего, пульсации нет. Чтобы правильно охарактеризовать пульсирующее напряжение, необходимо измерить его частоту. Обратите внимание на тип переменного напряжения, которое измеряет тестер.Это может быть эффективное значение, среднее значение, размах или другое. Кроме того, в большинстве случаев форма волны пульсаций не является синусоидальной, но всегда необходимо проверить тип измерения мультиметра. Простая электрическая схема, показанная на рисунке 2, показывает очень простой источник питания переменного / постоянного тока. Компоненты пропорциональны, чтобы обеспечить выходной сигнал постоянного тока, подверженный пульсациям шума.
Рисунок 2: Оценка пульсации с помощью мультиметра Наблюдение за звуковым спектромОдин из методов проверки наличия пульсаций заключается в распознавании звукового спектра выходного сигнала, как показано на рисунке 3.Идеальный сигнал, очень чистый и свободный от волн, должен возвращать черный экран. Напротив, значение на рисунке относится к напряжению, создаваемому предыдущей схемой подключения, на которое также влияют колебания и помехи в линии электропередачи. Есть пульсации сигналов и связанные с ними гармоники (50 Гц, 100 Гц, 150 Гц и т. Д.). На спектрограмме также присутствуют пики разной природы, часто присутствующие в ЛЭП.
Рисунок 3: Спектрограмма сигнала постоянного тока, на который влияет пульсация Гудящее звуковое и звуковое программное обеспечениеДля высоких уровней пульсаций можно использовать менее обычные методы измерения.Один из них — подключить выход нашего источника питания или преобразователя ко входу звуковой карты и оцифровать сигнал, поступающий от преобразователя, с помощью программного обеспечения для анализа звука, такого как, например, Audacity. При приличном усилении переменного сигнала можно различить даже очень низкие уровни пульсации. На рисунке 4 показаны складки, образовавшиеся на предыдущей схеме подключения, и соответствующая спектрограмма, которая подчеркивает присутствие волны с частотой 50 Гц и ее гармоник. Если пульсация имеет низкую частоту, она может вырваться из динамика.
Рисунок 4: Пульсация на выходе Оценка пульсации в понижающем регулятореДля правильного расчета нельзя пренебрегать пульсациями тока катушки индуктивности, протекающего в основном через конденсатор C (см. Рисунок 5). Прилив на индукторе содержит прямую составляющую, которая также проходит через нагрузку, и небольшую рябь. Постоянный ток проходит только через сопротивление нагрузки, и конденсатор блокирует этот постоянный ток. Складка разделяется между конденсатором и сопротивлением нагрузки.По этой причине емкость должна быть достаточно большой, чтобы ее полное сопротивление на частоте переключения было значительно ниже, чем полное сопротивление нагрузки (как минимум в десять раз меньше). Конденсатор действует как фильтр, поэтому большая часть пульсаций индуктора проходит через него. Форма волны тока на конденсаторе такая же, как у индуктора, без нагрузки. Катушка индуктивности и конденсатор являются реактивными компонентами, влияющими на пульсации. Значения индуктивности должны быть тщательно проанализированы. Конденсатор с низким ESR сводит к минимуму пульсации.Но с увеличением его емкости увеличиваются и стоимость, и размер преобразователя. Иногда полезно использовать анализатор спектра, потому что волнистость также может проявляться через его верхние гармоники.
Рисунок 5: Пульсация в понижающем регуляторе Оценка пульсаций в регуляторе наддуваВ повышающем регуляторе процент пульсаций на выходе может варьироваться в зависимости от многих факторов, например:
• качество электронных компонентов
• поглощение и тип нагрузки
• емкость сглаживающих и фильтрующих конденсаторов
• величина индуктивности
• частота переключения
На рис. 6 показан простой регулятор повышающего напряжения, созданный на LTC1872 от компании Analog Devices.Достаточно нескольких других внешних электронных компонентов, чтобы построить пригодный для использования преобразователь.
Рисунок 6: Повышающий регулятор с LTC1872 от Analog.График на Рисунке 7 показывает два разных сигнала пульсаций в зависимости от того, применяется ли конденсатор фильтра 44 мкФ или 100 мкФ.
Рисунок 7: Пульсация также зависит от емкости конденсатора фильтра. ВыводыПульсация почти всегда присутствует на блоках питания и преобразователях, особенно на low-end.При измерении с помощью осциллографа очень важно минимизировать площадь контура пробника, чтобы избежать искажения сигнала. Условия работы схемы также должны соблюдаться в соответствии с официальной документацией на устройство. Импеданс измерительных приборов также должен составлять около 50 Ом, вместе с кабелями и датчиками, которые должны иметь такое же полное сопротивление, чтобы обеспечить ровный отклик и единичное усиление.
Силовая электроника играет все более важную роль на различных рынках, таких как автомобильный, промышленный и потребительский.Это также технология, позволяющая реализовать широкий спектр новых и улучшенных функций, которые повышают производительность, безопасность и функциональность автомобилей и интеллектуальных сетей. Сложные электрические и тепловые требования сильно влияют на конструкцию силовых электронных систем. Новости силовой электроники будут сосредоточены на основных темах, таких как преобразователь мощности, управление движением, полупроводники и управление температурой. Электронная книга Power Electronics News — это интерактивный подход к информированию о последних технологиях, тенденциях и инновационных продуктах на определенных рынках.
Измерение пульсации | Силовая электроника
Для измерения пульсаций традиционно использовался осциллограф. По ряду технических причин осциллограф, как правило, не обязательно лучший выбор для измерения пульсаций. К ним относятся относительно низкая чувствительность, плохое отношение сигнал / шум (SNR), низкое разрешение (обычно 8 бит) и недостаточная полоса пропускания. Полоса пропускания обычно уменьшается для сигналов, связанных по переменному току с низкой амплитудой.
Есть несколько распространенных проблем. Первая проблема возникает, когда мы пытаемся измерить пульсации с помощью зонда 1X, подключенного к сети переменного тока. Типичный пробник осциллографа 1X обеспечивает полосу пропускания только 8-10 МГц, в то время как некомпенсированный пробник может показывать пики на более высоких частотах. Во-вторых, многие осциллографы уменьшают доступную полосу пропускания при использовании с наиболее чувствительными настройками или когда включена связь по переменному току. Осциллографы часто имеют более высокий уровень шума в режиме высокого входного импеданса. На рис. 1 показана типичная частотная характеристика пробника осциллографа 1X / 10X в положениях 1X и 10X.
1. Измерение ВАЦ с помощью недорогого пробника 60 МГц 1X / 10X. Пробник осциллографа 1X имеет очень ограниченную полосу пропускания (в данном случае 8,6 МГц), в то время как пробник 10X имеет гораздо более плоскую частотную характеристику, но за счет снижения чувствительности на 20 дБ.
Коаксиальный кабель 50 Ом, с другой стороны, оконцованный на 50 Ом, обеспечивает очень ровный отклик и, с единичным усилением, максимизирует чувствительность пассивного соединения. Если тестируемая цепь может выдерживать низкий импеданс переменного тока, создаваемый коаксиальным кабелем и нагрузкой 50 Ом, это лучшее решение, чем пробник 1X или 10X.
Пара коаксиального кабеля
Чтобы наилучшим образом использовать чувствительность и полосу пропускания осциллографа, необходимо подключить коаксиальный кабель коаксиального кабеля к 50-омному входу осциллографа по переменному току, используя что-то для блокировки постоянного напряжения, отличное от режима связи по переменному току осциллографа. Здесь мы используем инжектор смещения постоянного тока Picotest J2130A. Сохранение осциллографа в режиме постоянного тока с нагрузкой 50 Ом позволяет получить максимальную ширину полосы измерения.
Рис. 2 представляет собой образец измерения точки регулятора нагрузки LMR10515Y 5 от Texas Instrument.5V, 1.5A Simple Switcher, который является частью демонстрационной платы Picotest VRTS2.
2. Физическая и электрическая схема регулятора точки нагрузки (POL) 2,8 МГц, пульсации которого были измерены. POL обеспечивает питание тактовой частоты 10 МГц, положение которой указано.
На рис. 3 показана установка для измерения пульсаций с использованием пробника LeCroy 10X, подключенного к предусилителю Picotest J2180A (добавляет 20 дБ усиления). Демонстрационная плата VRTS2 является частью комплекта для обучения измерению источников питания, который был создан, чтобы помочь инженерам быстрее освоить использование векторного анализатора цепей для выполнения всех типов измерений источников питания.Выход POL связан с осциллографом с помощью предусилителя и инжектора смещения для удаления любой составляющей постоянного тока из сигнала. Это позволяет установить максимальную чувствительность осциллографа без выхода за пределы диапазона.
3. Схема подключения для измерения пульсаций. Предварительный усилитель прикреплен к осциллографу с помощью инжектора смещения постоянного тока, используемого для блокировки постоянного напряжения. Это гарантирует, что вы не выйдете за пределы диапазона АЦП до 1 мВ / дел из-за постоянного тока на выходе предусилителя.
Некоторая высокая частота очевидна в левой части Рис.4 в результате того, что индуктивность заземляющего зажима резонирует с емкостью зонда. На правой стороне Рис. 4 коаксиальный кабель 50 Ом с очень короткими выводами подключен к разъему рядом с выходными конденсаторами POL. Коаксиальный кабель соединен по переменному току с осциллографом с помощью инжектора смещения, и осциллограф настроен на вход постоянного тока 50 Ом и полную полосу пропускания. Измерение намного чище, хотя амплитуда и общая форма волны примерно одинаковы. Резонансный звон устраняется за счет очень коротких проводов.
4. Пульсации выходного напряжения POL на коллекторе рядом с выходными конденсаторами с полной полосой пропускания. На левой стороне находится пробник Lecroy 500MHz 10X с зажимом заземления и предусилителем, как показано на рис. 3. На правой стороне коаксиальный кабель с инжектором смещения постоянного тока и 50-омным соединением обеспечивает более высокую точность измерения.
Спектральный состав
Несмотря на то, что мы успешно измерили пульсации и шум с использованием двух конфигураций, результаты во временной области по-прежнему дают мало информации о спектральном содержании.Спектральный состав часто более важен, чем результат размаха сигнала, поскольку спектральный состав дает представление об источнике пульсации и шума, а также информацию о том, как отфильтровать шум, если уровни сигнала слишком высоки.
Мы можем удобно выполнять измерения в частотной области с помощью анализатора спектра, встроенного в Lecroy 640zi. В этом измерении используется та же испытательная установка, что и в правой части рисунка 4. Анализатор спектра настроен на измерение от 100 кГц до 50 МГц, хотя возможности прибора намного шире, как ниже, так и выше по частоте.Результаты этого измерения, показанные на рис. 5 (см. Ниже), дают представление об источниках шума. Мы можем ясно видеть частоту переключения (и гармоники) от регулятора точки нагрузки 2,8 МГц. Мы также можем видеть сигналы, связанные с тактовой частотой 10 МГц, которая также находится на этой демонстрационной плате и питается от точки нагрузки (POL). Теперь мы можем видеть, что есть два источника шума и уровни каждой гармоники каждого из источников.
Преобразование измерения спектра 2,8 МГц (-37.81 дБм) до размаха амплитуды имеем:
=
Большая часть сигнала 14 мВ между пиковыми значениями возникает из-за этой основной частоты, что также очевидно в почти синусоидальной форме, видимой на Рис. 4 .
Пульсация и шум от регулятора неоднородны по всей печатной плате (PCB). Это зависит от местоположения из-за конечного импеданса дорожек на печатной плате и близости к разделительным конденсаторам.
На верхнем изображении Рис. 6 (см. Ниже) измерение повторяется с использованием пробника 1X 60MHz, чтобы показать, насколько значительно ухудшаются измерения. На нижнем изображении рис. 6 измерение выполняется на одном из разъемов PDN SMA, как показано на рис. 2 . Это место находится дальше от выходных конденсаторов точки нагрузки и ближе к часам, которые не имеют местного развязывающего конденсатора. Конденсатор развязки намеренно не используется для более четкого отображения этой точки.Обратите внимание, что в этом измерении сигнал точки нагрузки намного меньше тактового сигнала.
Спектральные измерения
Измерения спектра БПФ в рис. 5 и рис. 6 предоставляют гораздо более подробную информацию о частоте и гармониках, которые можно использовать для определения источника шума и улучшения характеристик развязки для лучшей фильтрации пульсаций.
5. Спектральные возможности БПФ осциллографа предоставляют важную информацию о пульсации в виде спектрального содержания.В этом измерении, проведенном на заголовке рядом с выходными конденсаторами, мы можем увидеть частоту переключения 2,8 МГц и ее гармоники, а также гармоники тактовой частоты 10 МГц, которую он питает. Мы не можем увидеть основную частоту тактового сигнала, потому что выходные конденсаторы имеют низкий импеданс на этой частоте. 10 МГц очевидны, но не отмечены, поскольку амплитуда ниже, чем у других гармоник.
6. Спектральный результат с зондом 1X в заголовке (верхнее изображение).Обратите внимание на то, насколько значительно ухудшаются результаты измерения по сравнению с рис. 5. На нижнем изображении пульсации измеряются на одном из разъемов SMA PDN дальше от выходных конденсаторов POL. Амплитуды частот POL уменьшаются, а тактовые частоты увеличиваются.
Мы показали, что традиционный метод использования осциллографа для измерения пульсаций не всегда обеспечивает высокую точность воспроизведения и пропускную способность, которые мы ожидаем или в которых нуждаемся. В большинстве случаев инженерам необходимо проводить измерения как во временной, так и в спектральной областях.Мы также показали, как использовать информацию о временной области и спектральной области для определения источников пульсации. Эта пульсация не всегда возникает из-за переключателя регулятора, но иногда из-за источника питания.
Методы измерения осциллографом для измерения пульсаций источника питания
При оценке источника питания инженерам необходимо проверить количество пульсаций и шума, присутствующих в выходном напряжении, и реакцию выхода на переходные процессы нагрузки.Пристальное внимание к методам измерения с использованием пробника осциллографа и применение подходящих условий для испытаний на переходные процессы имеют важное значение для обеспечения точной оценки.
Рон Стулл, инженер по энергетическим системам, CUI Inc.
Минимизация контура заземления пробника осциллографа
Величина пульсаций и шума на выходе источника питания обычно составляет всего несколько милливольт и может быть скрыта или искажена нежелательными внутренними сигналами или шумом от внешних источников.Этого можно избежать, правильно установив датчик.
Ключом к точным измерениям является минимизация контура заземления, создаваемого пробником и его обратным трактом, поскольку индуктивность в этом контуре может усиливать внутренние сигналы и принимать внешние помехи. Хотя заземляющий провод и зажим типа «крокодил» типичного стандартного пробника просты в использовании, они создают относительно большой контур заземления, который может вносить заметные искажения в небольшие измерения.
Однако контур заземления можно свести к минимуму, адаптировав пробник.Два популярных способа сделать это — метод «кончик и ствол» или метод «скрепки».
Типичный стандартный пробник имеет длинный заземляющий провод, который вызывает большой контур заземления
Метод наконечника и цилиндра включает удаление заземляющего провода и крышки зонда рядом с наконечником. При снятии крышки зонда открывается ствол. Затем, при измерении выходного напряжения наконечником, оголенный металл ствола необходимо удерживать в контакте с ближайшим заземляющим контактом.
Хотя проблемы с контуром заземления сведены к минимуму, найти место для одновременного контакта с выходным напряжением и заземления ствола может быть затруднительно. Более того, такая точка может находиться на некотором расстоянии от выходного конденсатора, что тоже не идеально. Выходное напряжение должно подаваться как можно ближе к выходному конденсатору.
T Практика внутрибрюшинного и бочкообразного методов
Метод скрепки также включает удаление заземляющего провода и обнажение ствола.Затем вокруг ствола наматывается небольшая катушка с проволокой, которая образует короткий заземляющий электрод. Это сочетает в себе преимущество небольшой площади контура с дополнительной гибкостью, позволяющей найти подходящее место для измерения выходного напряжения и выполнить заземление рядом с выходным конденсатором.
Известны альтернативные методы, и у инженеров могут быть свои фавориты, но самая важная цель — сделать контур заземления как можно короче.
T Метод скрепки упрощает позиционирование датчика
Условия испытаний на пульсацию и шум
Используя эти усовершенствованные методы проверки осциллографа, можно точно измерить пульсации источника питания и шум.Пульсация описывает небольшую составляющую переменного тока, присутствующую в выходном напряжении источника питания, возникающую в результате внутреннего переключения. Под шумом понимаются высокочастотные всплески выходного напряжения, вызванные паразитными индуктивностями.
Пульсации и шум, указанные в таблице данных, обычно измеряются при полной нагрузке, поэтому их необходимо измерять при одинаковых условиях нагрузки. Однако нагрузка — не единственный фактор, влияющий на пульсацию. Входное напряжение также имеет значение, поэтому следует измерить все интересующие напряжения.
Кроме того, некоторые производители указывают внешние конденсаторы, которые должны быть добавлены к выходу для целей измерения. Обычно это электролитический конденсатор емкостью около 10 мкФ и керамический конденсатор емкостью 0,1 мкФ. Измерения обычно можно проводить с помощью одного пробника, размещенного рядом с этими конденсаторами, где ширина полосы канала осциллографа обычно составляет 20 МГц.
Сравнение измерений датчика, выполненных с помощью большого контура заземления (слева) и методом скрепки (справа)
Переходные характеристики и условия испытаний
Переходная характеристика относится к отклонению выходного напряжения, когда нагрузка внезапно увеличивается или уменьшается.Источник питания не может реагировать мгновенно и либо имеет слишком много накопленной энергии при уменьшении нагрузки, либо ее недостаточно при увеличении нагрузки. Выходная емкость поглощает избыточную энергию, вызывая увеличение выходной мощности, или разряжает энергию в нагрузку, что приводит к снижению напряжения.
Хотя для этого требуется несколько циклов переключения, источник питания адаптируется к новой нагрузке, и выходное напряжение стабилизируется на своем номинальном значении. Следовательно, переходная характеристика источника питания характеризуется величиной отклонения от номинального выходного напряжения и временем, необходимым для восстановления или возврата в указанные пределы регулирования.
В то время как пульсации и шум для данного источника питания зависят только от нагрузки и входного напряжения, переходная характеристика зависит от ряда дополнительных факторов, включая скорость нарастания переходного процесса нагрузки, пусковой ток и конечный ток. Чем выше скорость нарастания, тем больше будет отклонение выходного сигнала до того, как источник питания отреагирует на стабилизацию напряжения. Начальный и конечный уровни тока также важны, потому что источники питания часто ведут себя по-разному при малых нагрузках.
Переходный процесс, который проходит между одной областью и другой, может заставить источник питания изменить свой рабочий режим с сопутствующим влиянием на переходную характеристику. Следовательно, при измерении переходной характеристики важно, чтобы начальный ток, конечный ток и скорость нарастания напряжения соответствовали указанным условиям.
2-канальное измерение переходной характеристики
Для измерения переходной характеристики необходимы два канала осциллографа. Один датчик подключается к выходу и должен быть размещен рядом с выходными контактами или точкой регулирования, чтобы предотвратить любое падение напряжения в выходных кабелях, вызывающее смещение постоянного тока между двумя состояниями нагрузки.Второй датчик необходим для отслеживания сигнала, синхронного с переходным процессом нагрузки, такого как выходной ток, который используется в качестве триггера, чтобы осциллограф отображал отклонение выходного напряжения.
Измерение переходной характеристики, вызванное сигналом тока нагрузки (нижняя кривая)
Заключение
Чтобы произвести детальную оценку источника питания, инженер должен понимать пульсации и переходные процессы, а также способы их точного измерения. При использовании осциллографа следует использовать подходящие методы измерения пробника, чтобы минимизировать площадь контура заземления, чтобы исключить посторонние шумы и искажения.
Кроме того, важно понимать, что результаты можно сравнивать со спецификациями производителя только в том случае, если условия испытаний, описанные в техническом паспорте, были выполнены правильно.
Как измерить пульсацию на выходе источника питания
Проверка выходного пульсирующего напряжения и соответствия блока питания (PSU).Единицы измерения
Пульсация обычно измеряется в милливольтах от пика до пика (mVp-p) для большинства компьютерных приложений ATX.Это измерение амплитуды сигнала от самого высокого напряжения до самого низкого напряжения за заданную частоту или период времени.
Необходимые инструменты и контрольно-измерительные приборы
Осциллограф, который был правильно откалиброван, будет самым мощным инструментом, используемым для этих испытаний. Убедитесь, что у него есть возможность ограничить полосу пропускания тестового канала до 20 МГц. Таким образом вы избавитесь от большого количества лишних шумов, которые в противном случае улавливались бы осциллографом, но не повлияли бы на фактическую производительность выходного сигнала блока питания в действительности.Зонды должны быть высокого качества и иметь возможность оснащаться наконечником (+), кольцом (-), выводом (см. Рисунок ниже).
Использование стандартного провода заземления недопустимо из-за дополнительных шумов, создаваемых зажимом заземления и проводом.
Плата нагрузки (LB) — это место, где все собирается вместе (испытательное оборудование, блок питания и нагрузка), что требует, чтобы все соединения были прочными, все конденсаторы, а также контрольные точки наконечника и кольца (TP) были припаяны должным образом, а вся проводка, идущая от БП к LB и LB к нагрузкам аккуратны и упорядочены.Мы обсудим правильную конфигурацию LB позже.
Фактическая нагрузка, которую вы используете для тестирования блока питания, также повлияет на результат вашего теста. Вы заметите, что некоторые электронные нагрузки имеют такие конфигурации, как постоянный ток, постоянное сопротивление и постоянное напряжение. Поскольку большинство выходных напряжений проседают или повышаются во время различных конфигураций нагрузки, наиболее идеальной настройкой является электронная нагрузка в режиме постоянного тока. Если у вас нет доступа к электронной нагрузке с постоянным током, подойдет чисто резистивная нагрузка, состоящая из сети резисторов высокой мощности.
Наконец, в игру вступит источник переменного напряжения для вашего блока питания. Лучшая конфигурация — изолированный трансформатор (1: 1), чтобы отключать ваши испытательные приборы от тестируемого устройства PSU (DUT). Возможность увеличивать или уменьшать входное напряжение переменного тока с помощью вариатора увеличивает объем ваших тестовых возможностей, поскольку основные компоненты тестируемого устройства выходят за пределы его нормального рабочего диапазона 110 В переменного тока (т. Е. 90 ~ 132 В переменного тока). В более крупных испытательных центрах будет использоваться электронный источник питания, в котором можно управлять напряжением, периодом и формой сигнала переменного тока с помощью тестовых программ или в режиме реального времени.
Испытательная установка
- Блок питания будет питаться от переменного тока и изолирующего трансформатора.
- Выход БП подключен к LB.
- LB жестко подключен к нагрузке.
- Чтобы найти наихудший сценарий, входная и выходная мощность блока питания должна изменяться в пределах его номинального диапазона для всех выходов (см. Рис. Ниже).
ATX PSU 12VCPU УСЛОВИЯ ИСПЫТАНИЯ | ||||||
Тестируемый канал | Вход переменного тока | 12В_IO | 3.3В | 5,08 В | 5.08V_STBY | -12В |
Минимальная нагрузка 12 В ЦПУ | 90 В перем. Тока | мин. Нагрузка | мин. Нагрузка | мин. Нагрузка | мин. Нагрузка | мин. Нагрузка |
115 В перем. Тока | номинальная нагрузка | номинальная нагрузка | номинальная нагрузка | номинальная нагрузка | номинальная нагрузка | |
132 В перем. Тока | макс. Нагрузка | макс. Нагрузка | макс. Нагрузка | макс. Нагрузка | макс. Нагрузка | |
Номинальная нагрузка 12 В ЦПУ | 90 В перем. Тока | мин. Нагрузка | мин. Нагрузка | мин. Нагрузка | мин. Нагрузка | мин. Нагрузка |
115 В перем. Тока | номинальная нагрузка | номинальная нагрузка | номинальная нагрузка | номинальная нагрузка | номинальная нагрузка | |
132 В перем. Тока | макс. Нагрузка | макс. Нагрузка | макс. Нагрузка | макс. Нагрузка | макс. Нагрузка | |
Максимальная нагрузка 12 В ЦПУ | 90 В перем. Тока | мин. Нагрузка | мин. Нагрузка | мин. Нагрузка | мин. Нагрузка | мин. Нагрузка |
115 В перем. Тока | номинальная нагрузка | номинальная нагрузка | номинальная нагрузка | номинальная нагрузка | номинальная нагрузка | |
132 В перем. Тока | макс. Нагрузка | макс. Нагрузка | макс. Нагрузка | макс. Нагрузка | макс. Нагрузка | |
Следует отметить, что большинство импульсных источников питания будут демонстрировать более высокую пульсацию при выборке либо с низкой частоты (120 Гц), либо с частоты переключения вторичных полевых транзисторов (от 20 до 300 кГц), поэтому требуется развертка частоты, чтобы выявить худший блок питания. случай сценарий.
Вы будете записывать все условия пульсации в красных полях в диапазонах высоких и низких частот, чтобы определить наихудший сценарий для конкретного выхода ИУ.
LB должна иметь дополнительную емкость, чтобы создать фильтр для подавления любого шума, который будет вноситься длиной провода от нагрузки к LB, шумом, создаваемым самими нагрузками, и длиной провода, используемого на измерительных выводах. На большинстве конфигураций ATX конденсатор с низким ESR 10 мкФ (электролитический или танталовый) должен быть подключен параллельно с.47 мкФ керамический. Эти конденсаторы должны быть подключены как можно ближе к TP.
Эти тесты будут повторяться для каждого выхода, чтобы гарантировать соответствие спецификациям Intel ATX.
Во время тестирования убедитесь, что вы не превышаете общую номинальную мощность блока питания. Некоторые рейтинги в спецификациях блока питания относятся к пиковой выходной мощности при скачке напряжения, и если все выходы будут доведены до этого уровня одновременно, может произойти повреждение источника питания, испытательного оборудования и вас самих.
Подробнее о тестировании пульсации
Осциллограф— правильные настройки для измерения пульсаций напряжения? Осциллограф
— правильные настройки для измерения пульсаций напряжения? — Обмен электротехнического стекаСеть обмена стеков
Сеть Stack Exchange состоит из 178 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.
Посетить Stack Exchange- 0
- +0
- Авторизоваться Подписаться
Electrical Engineering Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для профессионалов в области электроники и электротехники, студентов и энтузиастов.Регистрация займет всего минуту.
Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществуКто угодно может задать вопрос
Кто угодно может ответить
Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх
Спросил
Просмотрено 121 раз
\ $ \ begingroup \ $ Предпосылки :
Мне поручено контролировать сигналы, относящиеся к секции регулятора наддува TPS61091.Я особенно заинтересован в измерении пульсаций на выходном напряжении 3,3 В. У меня осциллограф Lecroy 20Гс / с.
До сих пор мой поиск в Интернете давал следующую информацию.
- Чтобы использовать зонд как можно короче длины. У меня есть небольшая заземляющая пружина с зондом, поэтому я могу использовать ее
- Измерьте напряжение прямо на источнике. : для этого я планирую измерить напряжение непосредственно на выходном конденсаторе.
- Настройки датчика на 1x : это я взял из заметки по применению TI. Я не могу установить этот датчик на 10x, потому что датчики фиксированные 10x.
Мои вопросы :.
- Есть ли решение для пункта 3 выше?
- Есть ли какие-нибудь передовые методы, которые я упустил, чтобы точно измерить пульсацию?
Создан 06 фев.
SonderSonder32322 серебряных знака99 бронзовых знаков
\ $ \ endgroup \ $ \ $ \ begingroup \ $Не беспокойтесь о пробнике 10x против 1x, вы можете провести хорошие измерения с любым из них.
Вот метод, который я рекомендую: намотайте оголенный провод вокруг ствола и наконечника зонда прицела, чтобы сделать «гнездо» для зонда, как показано ниже. Припаяйте два конца прямо к выходному конденсатору. Если у вас есть датчик различия, вы также можете попробовать его для сравнения, но этот метод всегда хорошо работал у меня. Попробуйте также сравнить с коротким пружинным зажимом заземления, и вы, вероятно, заметите, что этот метод дает более точные измерения.
Создан 06 фев.
Джон DJohn D18.1k11 золотой знак3131 серебряный знак4444 бронзовых знака
\ $ \ endgroup \ $ 3 Электротехнический стек Exchange лучше всего работает с включенным JavaScriptВаша конфиденциальность
Нажимая «Принять все файлы cookie», вы соглашаетесь с тем, что Stack Exchange может хранить файлы cookie на вашем устройстве и раскрывать информацию в соответствии с нашей Политикой в отношении файлов cookie.
Принимать все файлы cookie Настроить параметры
Как измерить пульсацию источника питания постоянного тока, SMPS или драйвера светодиода
Что такое Ripple? Почему вы хотите его измерить?
Пульсация — это небольшое нежелательное остаточное периодическое изменение постоянного тока (dc) на выходе источника питания, которое получено от источника переменного тока (ac).
Эта пульсация возникает из-за неполного подавления переменного сигнала в источнике питания.
В преобразователях переменного тока в постоянный переменное напряжение очевидно.
Но в преобразователях постоянного тока мы переключаем входной постоянный ток. Это приводит к появлению пульсации.
Приведенная ниже форма волны показывает источник постоянного тока и пульсации или составляющую переменного тока в источнике переменного / постоянного тока.
Глядя на этот уровень, похоже, что достигается постоянный постоянный ток.
Похоже, у нас здесь постоянный постоянный ток 5,0 В
Присмотревшись, мы видим отчетливую пульсацию напряжения
Как можно измерить пульсацию приборами, имеющимися в производственном цехе?
Нам необходимо протестировать SMPS со следующими номинальными выходами:
5В, 1А.Допуск 2%
Мы собираемся протестировать этот ИИП без нагрузки.
Я использую мультиметр Fluke 115. Обратите внимание, что селектор находится на постоянном напряжении.
Когда мы проверяем напряжение постоянного тока, оно показывает 5,040 В.
Это находится в пределах заявленного уровня допуска 2%.
.
Электронный счетчик показывает 5,040 В постоянного тока.
По-прежнему остается вопрос, какую Ripple он дает при отсутствии нагрузки?
Затем мы выбираем напряжение переменного тока на мультиметре.
На изображении выше вы можете видеть, что напряжение переменного тока присутствует вместе с постоянным током.
Пульсации напряжения 0,021 В. То есть 21мВ.
Так измеряется пульсация. И, по нашему мнению, именно так измеряется пульсация.
Как рассчитать процент пульсации
Здесь мы собираемся рассчитать процент пульсации.
Процент пульсаций в источнике постоянного тока рассчитывается по следующей формуле —
Пульсация в процентах = (выходная составляющая переменного тока / выходная составляющая постоянного тока) * 100
В приведенном выше примере процент пульсации = (21 мВ / 5.040 В) * 100 = 0,41%
Мы также убедились в испытательных лабораториях, что это признанный метод.
Если вы обнаружите разницу или можете отправить отзыв, пожалуйста, сделайте это на
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ
Еще одно интересное видео, объясняющее пульсации напряжения, предоставлено EEVBlog.
Видео о блоке питания Ripple
|
В этом видео показано, как измерить и проанализировать пульсации в любом SMPS. Пульсация возникает из-за заряда и разряда конденсатора. Шум — это все на высоких частотах. Это видео показывает разницу между аналоговым и цифровым осциллографами. Он показывает форму сигнала на обоих осциллографах.  |