Menggunakan Osiloskop Digital untuk Mengukur Catu Daya Switching
Catu daya tersedia dalam berbagai jenis dan ukuran, mulai dari catu daya analog tradisional hingga catu daya switching dengan efisiensi tinggi. Mereka semua menghadapi lingkungan kerja yang kompleks dan dinamis. Beban dan kebutuhan peralatan dapat berubah secara signifikan dalam sekejap. Bahkan peralihan catu daya "sehari-hari" harus mampu menahan puncak seketika yang jauh melebihi tingkat pengoperasian rata-rata. Insinyur yang merancang pasokan listrik atau sistem yang akan menggunakan pasokan listrik perlu memahami bagaimana pasokan listrik beroperasi dalam kondisi statis dan juga dalam kondisi terburuk.
Di masa lalu, mengkarakterisasi perilaku catu daya berarti mengukur arus dan tegangan diam dengan multimeter digital dan melakukan perhitungan yang cermat dengan kalkulator atau PC. Saat ini, sebagian besar insinyur beralih ke osiloskop sebagai platform pengukuran daya pilihan mereka. Osiloskop modern dapat dilengkapi dengan perangkat lunak pengukuran dan analisis daya terintegrasi, menyederhanakan pengaturan dan membuat pengukuran dinamis menjadi lebih mudah. Pengguna dapat menyesuaikan parameter utama, mengotomatiskan penghitungan, dan melihat hasilnya dalam hitungan detik, bukan hanya data mentah.
Masalah desain catu daya dan persyaratan pengukurannya
Idealnya, setiap catu daya harus berperilaku seperti model matematika yang dirancang. Namun di dunia nyata, komponen-komponen rusak, beban dapat berubah, pasokan listrik dapat terdistorsi, dan perubahan lingkungan dapat mengubah kinerja. Selain itu, perubahan persyaratan kinerja dan biaya juga membuat desain catu daya menjadi lebih kompleks. Pertimbangkan pertanyaan-pertanyaan ini:
Berapa watt daya yang dapat dipertahankan oleh catu daya melebihi daya terukurnya? Berapa lama itu bisa bertahan? Berapa banyak panas yang dihilangkan oleh catu daya? Apa yang terjadi jika terlalu panas? Berapa banyak aliran udara pendingin yang dibutuhkan? Apa yang terjadi jika arus beban meningkat secara signifikan? Bisakah perangkat mempertahankan tegangan keluaran terukur? Bagaimana respons catu daya terhadap korsleting total pada keluarannya? Apa yang terjadi jika tegangan masukan catu daya berubah?
Perancang perlu mengembangkan pasokan listrik yang memakan lebih sedikit ruang, mengurangi panas, mengurangi biaya produksi, dan memenuhi standar EMI/EMC yang lebih ketat. Hanya sistem pengukuran yang ketat yang dapat memungkinkan para insinyur mencapai tujuan ini.
Osiloskop dan pengukuran daya
Bagi mereka yang terbiasa melakukan pengukuran bandwidth tinggi dengan osiloskop, pengukuran catu daya mungkin sederhana karena frekuensinya yang relatif rendah. Faktanya, ada banyak tantangan dalam pengukuran daya yang tidak pernah harus dihadapi oleh perancang sirkuit kecepatan tinggi.
Seluruh switchgear mungkin bertegangan tinggi dan "mengambang", yaitu tidak terhubung ke ground. Lebar pulsa, periode, frekuensi dan siklus kerja sinyal semuanya akan berubah. Bentuk gelombang harus ditangkap dan dianalisis dengan tepat untuk menemukan anomali dalam bentuk gelombang. Ini menuntut osiloskop. Beberapa probe – Probe berujung tunggal, probe diferensial, dan probe arus semuanya diperlukan. Instrumen harus memiliki memori yang besar untuk menyediakan ruang perekaman untuk hasil akuisisi frekuensi rendah jangka panjang. Dan mungkin diperlukan untuk menangkap sinyal berbeda dengan amplitudo yang sangat bervariasi dalam satu akuisisi.
Dasar-dasar peralihan catu daya
Arsitektur daya DC yang dominan di sebagian besar sistem modern adalah catu daya switching (switching power supply), yang terkenal karena kemampuannya menangani perubahan beban secara efektif. Jalur sinyal daya dari catu daya switching tipikal mencakup komponen pasif, komponen aktif, dan komponen magnetik. Switching power supply menggunakan sesedikit mungkin komponen lossy (seperti resistor dan transistor linier) dan terutama menggunakan (idealnya) komponen lossless: switching transistor, kapasitor dan komponen magnetik.
Peralatan catu daya switching juga mempunyai bagian kendali, yang meliputi pengatur modulasi lebar pulsa, pengatur modulasi frekuensi pulsa, dan loop umpan balik 1 dan komponen lainnya. Bagian kontrol mungkin memiliki catu daya sendiri. Gambar 1 adalah diagram skema sederhana dari catu daya switching, yang menunjukkan bagian konversi daya, termasuk perangkat aktif, perangkat pasif, dan komponen magnetik.
Teknologi switching power supply menggunakan perangkat switching semikonduktor daya seperti transistor efek medan oksida logam (MOSFET) dan transistor bipolar gerbang terisolasi (IGBT). Perangkat ini memiliki waktu peralihan yang singkat dan dapat menahan lonjakan tegangan yang tidak stabil. Yang tidak kalah pentingnya, perangkat ini hanya mengonsumsi sedikit energi, sangat efisien, dan menghasilkan panas rendah, baik dalam kondisi hidup maupun mati. Perangkat switching sangat menentukan kinerja keseluruhan catu daya switching. Pengukuran utama perangkat switching meliputi: kehilangan switching, kehilangan daya rata-rata, area pengoperasian yang aman dan lain-lain.
