Metode Pengukuran Switching Power Supply dengan Osiloskop Digital
Dari catu daya analog tradisional hingga catu daya switching yang efisien, jenis dan ukuran catu daya sangat bervariasi. Mereka semua menghadapi lingkungan kerja yang kompleks dan dinamis. Beban dan permintaan peralatan dapat mengalami perubahan signifikan dalam sekejap. Bahkan catu daya switching "harian" harus mampu menahan puncak seketika yang jauh melebihi tingkat pengoperasian rata-rata. Insinyur yang merancang catu daya atau sistem yang menggunakan catu daya perlu memahami kondisi kerja catu daya dalam kondisi statis dan kondisi terburuk.
Di masa lalu, mendeskripsikan karakteristik perilaku sumber daya berarti menggunakan multimeter digital untuk mengukur arus dan tegangan statis, dan melakukan perhitungan yang sulit menggunakan 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, menghitung secara otomatis, dan melihat hasilnya dalam hitungan detik, bukan hanya data mentah.
Masalah desain catu daya dan persyaratan pengukuran
Idealnya, setiap catu daya harus bekerja seperti model matematika yang dirancang untuknya. Namun di dunia nyata, komponen-komponennya memiliki kelemahan, beban dapat berubah, pasokan listrik mungkin terdistorsi, dan perubahan lingkungan dapat mengubah kinerja. Selain itu, persyaratan kinerja dan biaya yang terus berubah juga membuat desain catu daya menjadi lebih kompleks. Pertimbangkan masalah ini:
Berapa watt daya yang dapat dipertahankan oleh catu daya melebihi daya terukurnya? Berapa lama itu bisa bertahan? Berapa banyak panas yang dihasilkan 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 terukurnya? Bagaimana respons catu daya terhadap korsleting total pada ujung keluaran? 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 catu daya
Bagi mereka yang terbiasa menggunakan osiloskop untuk pengukuran bandwidth tinggi, pengukuran daya mungkin sederhana karena frekuensinya relatif rendah. Faktanya, ada banyak tantangan yang tidak pernah harus dihadapi oleh perancang sirkuit kecepatan tinggi dalam pengukuran daya.
Tegangan seluruh switchgear mungkin tinggi dan mengambang, artinya switchgear tidak dibumikan. Lebar pulsa, periode, frekuensi, dan siklus kerja sinyal semuanya akan bervariasi. Penting untuk menangkap dan menganalisis bentuk gelombang dengan sebenar-benarnya dan mendeteksi adanya kelainan pada bentuk gelombang tersebut. Persyaratan untuk osiloskop sangat menuntut. Beberapa probe - secara bersamaan memerlukan probe ujung tunggal, probe diferensial, dan probe arus. Instrumen harus memiliki memori yang besar untuk menyediakan ruang perekaman untuk hasil akuisisi frekuensi rendah jangka panjang. Dan ini mungkin memerlukan penangkapan sinyal berbeda dengan perbedaan amplitudo yang signifikan dalam satu akuisisi.
Dasar-dasar Pengalihan Catu Daya
Arsitektur catu daya DC arus utama di sebagian besar sistem modern adalah catu daya switching (SMPS), yang terkenal karena kemampuannya mengatasi perubahan beban secara efektif. Jalur sinyal listrik dari catu daya switching tipikal mencakup komponen pasif, komponen aktif, dan komponen magnetik. Peralihan catu daya harus meminimalkan penggunaan komponen lossy seperti resistor dan transistor linier, dan terutama menggunakan komponen lossless (idealnya) seperti switching transistor, kapasitor, dan komponen magnetik.
Perangkat catu daya switching juga memiliki bagian kontrol, yang mencakup komponen seperti pengatur modulasi lebar pulsa, pengatur modulasi frekuensi pulsa, dan loop umpan balik 1. 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 penting, mereka mengkonsumsi sangat sedikit energi baik dalam keadaan terbuka maupun tertutup, dengan efisiensi tinggi dan pembangkitan panas yang rendah. Perangkat switching sangat menentukan kinerja switching pasokan listrik secara keseluruhan. Pengukuran utama perangkat switching meliputi: switching loss, rata-rata kehilangan daya, area kerja aman, dan lain-lain.
