طريقة قياس تحويل التيار الكهربائي باستخدام راسم الذبذبات الرقمي
تأتي مصادر الطاقة في مجموعة واسعة من الأنواع والأحجام، بدءًا من مصادر الطاقة التناظرية التقليدية وحتى مصادر طاقة التبديل عالية الكفاءة. يتعين عليهم جميعًا مواجهة بيئة عمل معقدة وديناميكية. يمكن أن تتغير أحمال المعدات ومتطلباتها بشكل كبير في لحظة. حتى مصدر طاقة التحويل "اليومي" يمكنه تحمل القمم اللحظية التي تزيد بشكل كبير عن متوسط مستوى التشغيل. يحتاج المهندسون الذين يقومون بتصميم مصدر طاقة أو مصدر طاقة ليتم استخدامه في النظام إلى فهم كيفية عمل مصدر الطاقة في ظل ظروف ثابتة وكذلك في أسوأ الظروف.
في الماضي، كان تحديد سلوك مصدر الطاقة يعني قياس التيار والجهد الهادئين باستخدام مقياس رقمي متعدد وإجراء حسابات مضنية باستخدام الآلة الحاسبة أو الكمبيوتر الشخصي. اليوم، يلجأ معظم المهندسين إلى راسم الذبذبات باعتباره منصة قياس الطاقة المفضلة لديهم. 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.
مشكلات تصميم مزود الطاقة واحتياجات قياسها
من الناحية المثالية، يجب أن يتصرف كل مصدر طاقة مثل النموذج الرياضي الذي تم تصميمه من أجله. ولكن في العالم الحقيقي، تكون المكونات معيبة، ويمكن أن تختلف 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. فكر في هذه الأسئلة:
ما هو عدد الواط الذي يمكن لمصدر الطاقة أن يتحمله بما يتجاوز قدرته المقدرة؟ كم من الوقت يمكن أن تستمر؟ ما مقدار الحرارة التي يتبددها مصدر الطاقة؟ ماذا يحدث عندما يسخن؟ ما مقدار تدفق هواء التبريد الذي تحتاجه؟ ماذا يحدث عندما يزيد تيار الحمل بشكل كبير؟ هل يمكن للجهاز الحفاظ على جهد الخرج المقدر؟ كيف يتعامل مزود الطاقة مع النقص الشديد في الإخراج؟ 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 وقياسات الطاقة
بالنسبة لأولئك الذين اعتادوا على إجراء قياسات النطاق الترددي العالي باستخدام راسم الذبذبات، يمكن أن تكون قياسات مصدر الطاقة واضحة بسبب تردداتها المنخفضة نسبيًا. في الواقع، هناك العديد من التحديات في قياس الطاقة التي لا يتعين على مصممي الدوائر عالية السرعة مواجهتها أبدًا.
قد تكون مجموعة المفاتيح الكهربائية بأكملها ذات جهد عالٍ و"عائمة"، أي غير متصلة بالأرض. يمكن أن يختلف عرض النبضة والفترة والتردد ودورة العمل للإشارة. يجب التقاط الأشكال الموجية وتحليلها بأمانة للكشف عن الحالات الشاذة في الشكل الموجي. هذا يتطلب الكثير من الذبذبات. مجسات متعددة - يلزم إجراء مجسات أحادية الطرف وتفاضلية وحالية في نفس الوقت. يجب أن يحتوي الجهاز على ذاكرة كبيرة لتوفير مساحة تسجيل لنتائج الحصول على التردد المنخفض على المدى الطويل. وقد يكون من الضروري التقاط إشارات مختلفة بسعات مختلفة على نطاق واسع في عملية استحواذ واحدة.
تبديل أساسيات إمدادات الطاقة
إن بنية طاقة التيار المستمر السائدة في معظم الأنظمة الحديثة هي مصدر طاقة التحويل (تحويل مصدر الطاقة)، المعروف بقدرته على التعامل مع الأحمال المختلفة بكفاءة. يشتمل مسار إشارة الطاقة لمصدر طاقة التحويل النموذجي على مكونات سلبية ومكونات نشطة ومكونات مغناطيسية. يستخدم تبديل مصادر الطاقة أقل عدد ممكن من المكونات المفقودة (مثل المقاومات والترانزستورات الخطية) وفي الغالب (المثالي) المكونات غير المفقودة: تبديل الترانزستورات والمكثفات والمغناطيسات.
يحتوي جهاز تحويل الطاقة أيضًا على جزء تحكم، والذي يتضمن منظم تعديل عرض النبضة، ومنظم تعديل تردد النبضة، وحلقة التغذية المرتدة 1 ومكونات أخرى. قد يكون لقسم التحكم مصدر طاقة خاص به. الشكل 1 عبارة عن رسم تخطيطي مبسط لمصدر طاقة التحويل، يُظهر قسم 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 بأوقات تبديل قصيرة ويمكنها تحمل ارتفاعات الجهد غير المنتظمة. وبنفس القدر من الأهمية، فإنها تستهلك قدرًا قليلًا جدًا من الطاقة في كل من حالتي التشغيل والإيقاف، كما أنها ذات كفاءة عالية وتولد حرارة منخفضة. تحدد أجهزة التبديل إلى حد كبير الأداء العام لمصدر طاقة التبديل. تشمل القياسات الرئيسية على أجهزة التبديل: فقدان التبديل، ومتوسط فقدان الطاقة، ومنطقة التشغيل الآمنة، وغيرها.
