วิธีวัดการสูญเสียพลังงานของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งด้วยออสซิลโลสโคปแบบดิจิตอล
สถาปัตยกรรมใหม่ของ SMPS:Switch Mode PowerSupply) จำเป็นต้องจ่ายกระแสสูงและแรงดันไฟฟ้าต่ำให้กับโปรเซสเซอร์ที่มีความเร็วข้อมูลสูงและคลาส GHz ซึ่งจะเพิ่มแรงกดดันใหม่ที่มองไม่เห็นให้กับนักออกแบบอุปกรณ์จ่ายไฟในแง่ของประสิทธิภาพ ความหนาแน่นของพลังงาน ความน่าเชื่อถือ และต้นทุน เพื่อคำนึงถึงข้อกำหนดเหล่านี้ในการออกแบบ นักออกแบบได้นำสถาปัตยกรรมใหม่ๆ มาใช้ เช่น เทคโนโลยีการแก้ไขแบบซิงโครนัส การแก้ไขตัวกรองกำลังแบบแอ็คทีฟ และการเพิ่มความถี่ในการสลับ เทคโนโลยีเหล่านี้ยังนำมาซึ่งความท้าทายที่สูงขึ้น เช่น การสูญเสียพลังงานสูง การกระจายความร้อน และ EMI/EMC ที่มากเกินไปบนอุปกรณ์สวิตชิ่ง
ในระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะ "ปิด" (เปิด) เป็น "เปิด" (ปิด) อุปกรณ์จ่ายไฟจะมีการใช้พลังงานสูง (แต่การสูญเสียพลังงานของอุปกรณ์สวิตชิ่งในสถานะ "เปิด" หรือ "ปิด" จะน้อยลง เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่ผ่านอุปกรณ์หรือแรงดันไฟบนอุปกรณ์มีขนาดเล็กมาก) ตัวเหนี่ยวนำและหม้อแปลงสามารถแยกแรงดันเอาต์พุตและทำให้กระแสโหลดเรียบขึ้น ตัวเหนี่ยวนำและหม้อแปลงไฟฟ้ายังไวต่อความถี่ในการสลับ ส่งผลให้เกิดการกระจายพลังงานและความล้มเหลวเป็นครั้งคราวเนื่องจากความอิ่มตัว
เนื่องจากพลังงานที่กระจายไปในอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่งจะกำหนดประสิทธิภาพโดยรวมของผลกระทบทางความร้อนของแหล่งจ่ายไฟ การวัดการสูญเสียพลังงานของอุปกรณ์สวิตชิ่งและตัวเหนี่ยวนำ/หม้อแปลงจึงเป็นสิ่งสำคัญมาก การวัดนี้สามารถกำหนดประสิทธิภาพการใช้พลังงานและการกระจายความร้อนได้
การวัดและวิเคราะห์การสูญเสียพลังงาน
1. อุปกรณ์ทดสอบที่จำเป็นสำหรับการวัดการสูญเสียพลังงาน
วงจรการแปลงสวิตช์อย่างง่าย ทรานซิสเตอร์กำลังเอฟเฟกต์สนาม MOSFET ควบคุมกระแสภายใต้การกระตุ้นของนาฬิกา 40kHz MOSFET ไม่ได้เชื่อมต่อกับกราวด์ตัวป้อน AC หรือกราวด์เอาท์พุตของวงจร กล่าวคือ มันถูกแยกออกจากกราวด์ ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะวัดแรงดันอ้างอิงกราวด์ด้วยออสซิลโลสโคป เพราะหากสายกราวด์ของโพรบเชื่อมต่อกับขั้วใดๆ ของ MOSFET จุดนั้นจะลัดวงจรโดยให้กราวด์ผ่านออสซิลโลสโคป
ในกรณีนี้ การวัดส่วนต่างเป็นวิธีที่ดีในการวัดรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าของ M0SFET ด้วยการวัดส่วนต่าง คุณสามารถวัด VDS ได้ ซึ่งก็คือแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วเดรนและขั้วต้นทางของ MOSFET VDS สามารถลอยอยู่เหนือแรงดันไฟฟ้า และช่วงแรงดันไฟฟ้าสามารถเป็นสิบโวลต์ถึงหลายร้อยโวลต์ ขึ้นอยู่กับช่วงแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์จ่ายไฟ คุณสามารถวัด VDS ได้หลายวิธี:
สายกราวด์แชสซีของออสซิลโลสโคปแบบแขวน ไม่แนะนำให้ใช้ เนื่องจากจะเป็นอันตรายอย่างยิ่งต่อผู้ใช้ อุปกรณ์ที่ทดสอบ และออสซิลโลสโคป
โพรบพาสซีฟปลายเดียวธรรมดาสองตัวใช้เพื่อเชื่อมต่อสายดินเข้าด้วยกัน จากนั้นจะใช้ฟังก์ชันการคำนวณช่องสัญญาณของออสซิลโลสโคปในการวัด วิธีการวัดนี้เรียกว่าการวัดผลกึ่งเสมือน อย่างไรก็ตาม แม้ว่าโพรบแบบพาสซีฟสามารถใช้ร่วมกับแอมพลิฟายเออร์ของออสซิลโลสโคปได้ แต่ขาดฟังก์ชัน "อัตราส่วนการปฏิเสธโหมดทั่วไป" (CMRR) ซึ่งสามารถบล็อกแรงดันไฟฟ้าในโหมดทั่วไปได้อย่างเหมาะสม การตั้งค่านี้ไม่สามารถวัดแรงดันไฟฟ้าได้อย่างแม่นยำ แต่สามารถใช้โพรบที่มีอยู่ได้
ใช้ตัวแยกโพรบที่มีอยู่ในร้านค้าเพื่อแยกโครงออสซิลโลสโคปออกจากพื้น สายดินของโพรบจะไม่เป็นศักยภาพในการลงกราวด์หลักอีกต่อไป และโพรบสามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับจุดทดสอบได้ ตัวแยกโพรบเป็นวิธีแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพ แต่มีราคาแพง และมีราคาสูงกว่าโพรบดิฟเฟอเรนเชียลสองถึงห้าเท่า
การใช้โพรบดิฟเฟอเรนเชียลจริงกับออสซิลโลสโคปแบบบรอดแบนด์ คุณสามารถวัด VDS ได้ด้วยโพรบดิฟเฟอเรนเชียล ซึ่งเป็นวิธีการที่ดีเช่นกัน
เมื่อวัดกระแสผ่าน MOSFET อันดับแรกให้จับยึดโพรบกระแสไฟฟ้า จากนั้นจึงปรับระบบการวัดอย่างละเอียด โพรบดิฟเฟอเรนเชียลหลายตัวติดตั้งตัวเก็บประจุตัดแต่ง DC offset ในตัว ปิดอุปกรณ์ที่ทดสอบ และหลังจากที่ออสซิลโลสโคปและโพรบอุ่นเครื่องเต็มที่แล้ว คุณสามารถตั้งค่าเฉลี่ยของรูปคลื่นของแรงดันและกระแสที่วัดโดยออสซิลโลสโคปได้ การตั้งค่าความไวควรใช้ค่าที่ใช้ในการวัดจริง ในกรณีที่ไม่มีสัญญาณ ให้ปรับตัวเก็บประจุทริมมิงเพื่อปรับค่าเฉลี่ยศูนย์ของแต่ละรูปคลื่นเป็น 0 V ขั้นตอนนี้สามารถลดข้อผิดพลาดในการวัดที่เกิดจากแรงดันคงที่และกระแสในระบบการวัดได้อย่างมาก
