رقميراسم الذبذباتقياس لتبديل إمدادات الطاقة
تأتي مصادر الطاقة في مجموعة واسعة من الأنواع والأحجام، بدءًا من مصادر الطاقة التناظرية التقليدية وحتى مصادر طاقة التبديل عالية الكفاءة. ويواجهون جميعًا بيئات تشغيل ديناميكية معقدة. يمكن أن تتغير أحمال المعدات ومتطلباتها بشكل كبير في لحظة. حتى مصادر الطاقة التي يتم تحويلها "يوميًا" يجب أن تكون قادرة على تحمل القمم اللحظية أعلى بكثير من متوسط مستوى التشغيل. يقوم المهندسون بتصميم إمدادات الطاقة أو الأنظمة التي ستفعل ذلكاستخدام إمدادات الطاقةبحاجة إلى فهم كيفية تصرف مصدر الطاقة في ظل الظروف الثابتة وكذلك في ظل أسوأ الظروف.
في الماضي، كان تحديد سلوك مصدر الطاقة يعني قياس التيارات الهادئة والفولتية باستخدام جهاز رقميالمقياس المتعددوإجراء حسابات مضنية 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 القياسات الديناميكية أسهل. يمكن للمستخدمين تخصيص المعلمات الرئيسية، وأتمتة العمليات الحسابية، ورؤية النتائج في ثوانٍ، وليس فقط البيانات الأولية.
قضايا تصميم إمدادات الطاقة واحتياجات قياسها
من الناحية المثالية، يجب أن يعمل كل مصدر طاقة مثل النموذج الرياضي الذي تم تصميمه من أجله. ولكن في العالم الحقيقي،عناصرمعيبة، وتتغير الأحمال، ويمكن أن تتشوه مصادر الطاقة، ويمكن أن تؤدي التغيرات البيئية إلى تغيير الأداء. كما أن تغيير متطلبات الأداء والتكلفة يؤدي إلى تعقيد تصميم مصدر الطاقة. النظر في هذه القضايا:
ما هو عدد الواط الذي يمكن لمصدر الطاقة أن يتحمله بما يتجاوز قوته المقدرة؟ كم يستغرق من الوقت؟ 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 للوحدة الحفاظ على جهد الخرج المقنن؟ كيف سيتعامل مزود الطاقة مع ماس كهربائى كامل عند الإخراج؟ ماذا يحدث عندما يتغير جهد الدخل لمصدر الطاقة؟
يحتاج المصممون إلى تطوير مصادر طاقة تشغل مساحة أقل، وتخفض الحرارة، وتخفض تكاليف التصنيع، وتفي بمعايير EMI/EMC الأكثر صرامة. فقط نظام القياس الصارم هو الذي سيسمح للمهندسين بتحقيق هذه الأهداف.
راسمات الذبذبات وقياس الطاقة
بالنسبة لأولئك الذين اعتادوا على قياسات النطاق الترددي العالي باستخدام راسمات الذبذبات، قد تكون قياسات مصدر الطاقة بسيطة بسبب ترددها المنخفض نسبيًا. في الواقع، هناك العديد من التحديات في قياسات الطاقة التي لا يتعين على مصممي الدوائر عالية السرعة مواجهتها أبدًا.
يمكن أن يكون الجهد عبر جهاز التبديل مرتفعًا و"عائمًا"، أي لامؤرض. يمكن أن يختلف عرض النبضة والفترة والتردد ودورة العمل للإشارة. يجب التقاط الأشكال الموجية وتحليلها للكشف عن الحالات الشاذة. هذا مطلب صعب بالنسبة لراسمات الذبذبات. تحقيقات متعددة - تحقيقات أحادية النهاية، تحقيقات تفاضلية، وتحقيقات حالية مطلوبة أيضًا.الآلةيجب أن تحتوي على ذاكرة كبيرة لتوفير مساحة لتسجيل النتائج من عمليات الاستحواذ الطويلة والمنخفضة التردد. وقد يكون من الضروري التقاط إشارات مختلفة بسعات متفاوتة على نطاق واسع في عملية استحواذ واحدة.
تبديل أساسيات إمدادات الطاقة
إن بنية طاقة التيار المستمر السائدة في معظم الأنظمة الحديثة هي مصدر طاقة التبديل (مصدر الطاقة في وضع التبديل)، المعروف بقدرته على التعامل بكفاءة مع الأحمال المختلفة. يتضمن مسار إشارة الطاقة الكهربائية لمصدر طاقة تحويل نموذجي أجهزة سلبية وأجهزة نشطة ومكونات مغناطيسية. يستخدم تبديل مصادر الطاقة أقل عدد ممكن من المكونات المفقودة (على سبيل المثال،المقاوماتوالترانزستورات الخطية) وتستخدم في المقام الأول (بشكل مثالي) المكونات غير المفقودة: تبديل الترانزستورات،المكثفاتوالمكونات المغناطيسية.
تحتوي معدات تحويل التيار الكهربائي أيضًا على قسم تحكم، والذي يتضمن مكونات مثل منظم تعديل عرض النبضة، ومنظم تعديل تردد النبض، وحلقة التغذية المرتدة1. قد يكون لقسم التحكم مصدر طاقة خاص به. تين. الشكل 1 عبارة عن رسم تخطيطي مبسط لمصدر تحويل الطاقة يُظهر قسم تحويل الطاقة الكهربائية، والذي يتضمن المكونات النشطة والسلبية بالإضافة إلى المكونات المغناطيسية.
تستخدم تقنية تحويل مصدر الطاقة أجهزة تبديل أشباه الموصلات للطاقة مثل ترانزستورات تأثير مجال أكسيد المعدن (MOSFETs) مع ترانزستورات ثنائية القطب معزولة (IGBTs). تتمتع هذه الأجهزة بأوقات تبديل قصيرة ويمكنها تحمل ارتفاعات الجهد غير المستقرة. وبنفس القدر من الأهمية، فإنها تستهلك طاقة قليلة جدًا سواء في حالة التشغيل أو إيقاف التشغيل، مما يؤدي إلى كفاءة عالية وتوليد حرارة منخفضة. تحدد أجهزة التبديل إلى حد كبير الأداء العام لمصدر طاقة التبديل. تشمل القياسات الرئيسية لأجهزة التبديل ما يلي: خسائر التبديل، ومتوسط فقدان الطاقة،آمنمنطقة التشغيل وغيرها.
