Bagaimana mengukur rugi-rugi daya pada switching power supply dengan osiloskop digital
Arsitektur baru SMPS: Switch Mode PowerSupply) perlu menyediakan arus tinggi dan tegangan rendah ke prosesor dengan kecepatan data tinggi dan kelas GHz, yang menambah tekanan baru yang tidak terlihat bagi perancang perangkat daya dalam hal efisiensi, kepadatan daya, keandalan, dan biaya. Untuk mempertimbangkan persyaratan ini dalam desain, perancang telah mengadopsi arsitektur baru seperti teknologi rektifikasi sinkron, koreksi filter daya aktif, dan peningkatan frekuensi peralihan. Teknologi ini juga membawa beberapa tantangan yang lebih tinggi, seperti kehilangan daya yang tinggi, pembuangan panas, dan EMI/EMC yang berlebihan pada perangkat switching.
Selama peralihan dari keadaan "mati" (hidup) ke "hidup" (mati), perangkat catu daya akan memiliki konsumsi daya yang tinggi. (Namun, kehilangan daya pada perangkat switching dalam keadaan "hidup" atau "mati" lebih kecil, karena arus yang melalui perangkat atau tegangan pada perangkat sangat kecil). Induktor dan transformator dapat mengisolasi tegangan keluaran dan memuluskan arus beban. Induktor dan transformator juga rentan terhadap peralihan frekuensi, yang mengakibatkan disipasi daya dan kegagalan sesekali karena saturasi.
Karena daya yang hilang pada perangkat catu daya switching menentukan efisiensi keseluruhan efek termal catu daya, maka sangat penting untuk mengukur kehilangan daya pada perangkat switching dan induktor/transformator. Pengukuran ini dapat menentukan efisiensi daya dan pembuangan panas.
Pengukuran dan analisis rugi-rugi daya
1. Perangkat uji diperlukan untuk pengukuran kehilangan daya
Rangkaian transformasi saklar yang disederhanakan. Transistor daya efek medan MOSFET mengontrol arus di bawah eksitasi jam 40kHz. MOSFET tidak terhubung ke ground pengumpan AC atau ground keluaran rangkaian, yaitu terisolasi dari ground. Oleh karena itu, tidak mungkin mengukur tegangan referensi ground dengan osiloskop, karena jika kabel ground dari probe dihubungkan ke terminal MOSFET mana pun, titik tersebut akan dihubung pendek dengan ground melalui osiloskop.
Dalam hal ini, pengukuran diferensial adalah cara yang baik untuk mengukur bentuk gelombang tegangan M0SFET. Dengan pengukuran diferensial, Anda dapat mengukur VDS, yaitu tegangan pada terminal pembuangan dan terminal sumber MOSFET. VDS dapat melayang di atas tegangan, dan rentang tegangan dapat berkisar dari puluhan volt hingga ratusan volt, tergantung pada rentang tegangan perangkat catu daya. Anda dapat mengukur VDS dengan beberapa cara:
Kabel ground sasis osiloskop suspensi. Disarankan untuk tidak menggunakannya, karena sangat berbahaya bagi pengguna, perangkat yang diuji, dan osiloskop.
Dua probe pasif ujung tunggal konvensional digunakan untuk menghubungkan kabel grounding bersama-sama, dan kemudian fungsi penghitungan saluran osiloskop digunakan untuk mengukur. Metode pengukuran ini disebut pengukuran kuasi-diferensial. Namun, meskipun probe pasif dapat digunakan dalam kombinasi dengan penguat osiloskop, probe ini tidak memiliki fungsi "rasio penolakan mode umum" (CMRR) yang dapat memblokir tegangan mode umum dengan baik. Pengaturan ini tidak dapat mengukur tegangan secara akurat, namun probe yang ada dapat digunakan.
Gunakan isolator probe yang tersedia di toko untuk mengisolasi sasis osiloskop dari tanah. Kabel grounding pada probe tidak lagi menjadi potensial grounding utama, dan probe dapat dihubungkan langsung ke titik uji. Isolator probe adalah solusi yang efektif, namun mahal, dan biayanya dua hingga lima kali lipat dari probe diferensial.
Menggunakan probe diferensial nyata pada osiloskop broadband. Anda dapat mengukur VDS dengan probe diferensial, yang juga merupakan metode yang bagus.
Saat mengukur arus melalui MOSFET, pertama-tama jepit probe arus, lalu sempurnakan sistem pengukuran. Banyak probe diferensial dilengkapi dengan kapasitor pemangkasan offset DC bawaan. Matikan peralatan yang diuji, dan setelah osiloskop dan probe memanas sepenuhnya, Anda dapat mengatur nilai rata-rata bentuk gelombang tegangan dan arus yang diukur oleh osiloskop. Pengaturan sensitivitas harus menggunakan nilai yang digunakan dalam pengukuran sebenarnya. Jika tidak ada sinyal, sesuaikan kapasitor pemangkas untuk menyesuaikan rata-rata nol setiap bentuk gelombang menjadi 0 V. Langkah ini dapat sangat mengurangi kesalahan pengukuran yang disebabkan oleh tegangan dan arus statis dalam sistem pengukuran.
