طريقة لقياس تحويل التيار الكهربائي باستخدام راسم الذبذبات الرقمي
من مصادر الطاقة التناظرية التقليدية إلى مصادر طاقة التحويل الفعالة، تختلف أنواع وأحجام مصادر الطاقة بشكل كبير. إنهم جميعًا يواجهون بيئات عمل معقدة وديناميكية. قد يخضع حمل المعدات والطلب عليها لتغييرات كبيرة في لحظة. حتى مصدر طاقة التحويل "اليومي" يجب أن يكون قادرًا على تحمل القمم اللحظية التي تتجاوز بكثير متوسط مستوى التشغيل. يحتاج المهندسون الذين يصممون مصادر الطاقة أو الأنظمة لاستخدام مصادر الطاقة إلى فهم ظروف عمل مصدر الطاقة في ظل الظروف الثابتة وأسوأ الحالات.
في الماضي، كان وصف الخصائص السلوكية لمصادر الطاقة يعني استخدام مقياس رقمي متعدد لقياس التيار الساكن والجهد، وإجراء حسابات شاقة باستخدام الآلة الحاسبة أو الكمبيوتر الشخصي. اليوم، يلجأ معظم المهندسين إلى راسمات الذبذبات كمنصة مفضلة لقياس الطاقة. يمكن تجهيز راسمات الذبذبات الحديثة ببرامج متكاملة لقياس وتحليل الطاقة، مما يبسط عملية الإعداد ويجعل القياس الديناميكي أسهل. يمكن للمستخدمين تخصيص المعلمات الرئيسية، وحساب النتائج ورؤيتها تلقائيًا في غضون ثوانٍ، بدلاً من مجرد البيانات الأولية.
قضايا تصميم إمدادات الطاقة ومتطلبات القياس
من الناحية المثالية، يجب أن يعمل كل مصدر طاقة مثل النموذج الرياضي المصمم له. ولكن في العالم الحقيقي، تكون المكونات معيبة، ويمكن أن تتغير الأحمال، وقد يتشوه مصدر الطاقة، ويمكن أن تؤدي التغيرات البيئية إلى تغيير الأداء. علاوة على ذلك، فإن متطلبات الأداء والتكلفة المتغيرة باستمرار تجعل تصميم مصدر الطاقة أكثر تعقيدًا. النظر في هذه القضايا:
ما عدد واطات الطاقة التي يمكن لمصدر الطاقة الحفاظ عليها بما يتجاوز قوته المقدرة؟ كم من الوقت يمكن أن تستمر؟ ما مقدار الحرارة التي ينبعث منها مصدر الطاقة؟ ماذا يحدث عندما يسخن؟ ما مقدار تدفق هواء التبريد الذي يتطلبه؟ ماذا يحدث عندما يزيد تيار الحمل بشكل كبير؟ هل يمكن للجهاز الحفاظ على جهد الخرج المقدر؟ كيف يستجيب مصدر الطاقة لدائرة كهربائية كاملة عند طرف الخرج؟ ماذا يحدث عندما يتغير جهد الدخل لمصدر الطاقة؟
يحتاج المصممون إلى تطوير مصادر طاقة تشغل مساحة أقل، وتقلل الحرارة، وتخفض تكاليف التصنيع، وتفي بمعايير EMI/EMC الأكثر صرامة. فقط نظام قياس صارم يمكنه تمكين المهندسين من تحقيق هذه الأهداف.
راسم الذبذبات وقياس إمدادات الطاقة
بالنسبة لأولئك الذين اعتادوا على استخدام راسم الذبذبات لقياسات النطاق الترددي العالي، قد يكون قياس الطاقة بسيطًا لأن تردده منخفض نسبيًا. في الواقع، هناك أيضًا العديد من التحديات التي لا يتعين على مصممي الدوائر عالية السرعة مواجهتها أبدًا في قياس الطاقة.
قد يكون جهد مجموعة المفاتيح الكهربائية بأكملها مرتفعًا وعائمًا، مما يعني أنها غير مؤرضة. سيختلف عرض النبضة والفترة والتردد ودورة العمل للإشارة. من الضروري التقاط وتحليل شكل الموجة بصدق واكتشاف أي تشوهات في شكل الموجة. متطلبات الذبذبات تطالب. تحقيقات متعددة - تتطلب في وقت واحد تحقيقات ذات نهاية واحدة، وتحقيقات تفاضلية، وتحقيقات حالية. يجب أن يحتوي الجهاز على ذاكرة كبيرة لتوفير مساحة تسجيل لنتائج الحصول على التردد المنخفض على المدى الطويل. وقد يتطلب الأمر التقاط إشارات مختلفة ذات اختلافات كبيرة في السعة في عملية استحواذ واحدة.
أساسيات تحويل التيار الكهربائي
إن بنية مصدر طاقة التيار المستمر السائدة في معظم الأنظمة الحديثة هي مصدر طاقة التحويل (SMPS)، المعروف بقدرته على التعامل بفعالية مع الأحمال المتغيرة. يشتمل مسار الإشارة الكهربائية لمصدر طاقة التحويل النموذجي على مكونات سلبية ومكونات نشطة ومكونات مغناطيسية. يجب أن يقلل تبديل مصادر الطاقة من استخدام المكونات المفقودة مثل المقاومات والترانزستورات الخطية، ويستخدم بشكل أساسي (مثاليًا) المكونات غير المفقودة مثل تبديل الترانزستورات والمكثفات والمكونات المغناطيسية.
يحتوي جهاز تحويل إمداد الطاقة أيضًا على جزء تحكم، والذي يتضمن مكونات مثل منظم تعديل عرض النبضة، ومنظم تعديل تردد النبضة، وحلقة التغذية المرتدة 1. قد يكون لقسم التحكم مصدر طاقة خاص به. الشكل 1 عبارة عن رسم تخطيطي مبسط لمصدر طاقة التحويل، والذي يوضح جزء تحويل الطاقة، بما في ذلك الأجهزة النشطة والأجهزة السلبية والمكونات المغناطيسية.
تستخدم تقنية تحويل مصدر الطاقة أجهزة تبديل أشباه موصلات الطاقة مثل ترانزستورات تأثير مجال أكسيد المعدن (MOSFETs) والترانزستورات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة (IGBTs). تتمتع هذه الأجهزة بوقت تبديل قصير ويمكنها تحمل ارتفاعات الجهد غير المستقرة. وبنفس القدر من الأهمية، فإنها تستهلك قدرًا قليلًا جدًا من الطاقة في كل من الحالات المفتوحة والمغلقة، مع كفاءة عالية وتوليد حرارة منخفض. تحدد أجهزة التبديل إلى حد كبير الأداء العام لتبديل مصادر الطاقة. تشمل القياسات الرئيسية لأجهزة التبديل: فقدان التبديل، ومتوسط فقدان الطاقة، ومنطقة العمل الآمنة، وغيرها.
