Metode Pengukuran Switching Power Supply dengan Osiloskop Digital
Catu daya tersedia dalam berbagai tipe dan ukuran, mulai dari catu daya tipe analog tradisional hingga catu daya switching dengan efisiensi tinggi. Mereka semua harus menghadapi lingkungan kerja yang kompleks dan dinamis. Beban dan kebutuhan peralatan dapat berubah secara dramatis dalam sekejap. Bahkan catu daya switching "sehari-hari" dapat menahan puncak sesaat yang jauh melebihi tingkat pengoperasian rata-rata. Insinyur yang merancang catu daya atau catu daya untuk digunakan dalam suatu sistem perlu memahami bagaimana catu daya beroperasi dalam kondisi statis serta 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 Kebutuhan Pengukurannya
Idealnya, setiap catu daya harus berperilaku seperti model matematika yang dirancang untuknya. Namun di dunia nyata, komponen-komponen rusak, beban dapat bervariasi, pasokan listrik dapat terdistorsi, dan perubahan lingkungan dapat mengubah kinerja. Selain itu, perubahan persyaratan kinerja dan biaya mempersulit desain catu daya. Pertimbangkan pertanyaan-pertanyaan ini:
Berapa watt yang dapat dipertahankan oleh catu daya melebihi daya terukurnya? Berapa lama itu bisa bertahan? Berapa banyak panas yang hilang dari 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 cara catu daya mengatasi kekurangan output? 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 dapat dilakukan dengan mudah karena frekuensinya yang relatif rendah. Faktanya, ada banyak tantangan dalam pengukuran daya yang tidak pernah harus dihadapi oleh perancang sirkuit berkecepatan tinggi.
Seluruh switchgear mungkin bertegangan tinggi dan "mengambang", yaitu tidak terhubung ke ground. Lebar pulsa, periode, frekuensi dan siklus kerja sinyal dapat bervariasi. Bentuk gelombang harus ditangkap dan dianalisis dengan tepat untuk mendeteksi anomali dalam bentuk gelombang. Ini menuntut osiloskop. Beberapa Probe—Probe berujung tunggal, diferensial, dan arus diperlukan secara bersamaan. 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 berbeda 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 dikenal karena kemampuannya menangani berbagai beban secara efisien. 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 sebagian besar (idealnya) komponen lossless: switching transistor, kapasitor, dan magnet.
Perangkat catu daya switching juga mempunyai bagian kontrol, 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 skematik yang disederhanakan 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 menentu. Yang tidak kalah pentingnya, perangkat ini mengonsumsi daya yang sangat kecil baik dalam kondisi hidup maupun mati, sangat efisien, dan menghasilkan panas yang rendah. Perangkat switching sangat menentukan kinerja keseluruhan dari catu daya switching. Pengukuran utama pada perangkat switching meliputi: kerugian switching, kehilangan daya rata-rata, area pengoperasian yang aman, dan lain-lain.
