|
Подобно тому, как и многое другое в электронной индустрии, определение « измерение мощности » развилось и изменялось на протяжении последних лет и в соответствии с этим росло число проектов, которые требуют таких измерений. И все благодаря широкому применению импульсных источников питания, которые де-факто стали стандартной частью бытовой электроники, компьютеров, и других бытовых электроприборов.
Не слишком давно, проектировщик просто подтверждал, что его источник питания обеспечивает адекватные напряжение и ток при заданном уровне пульсаций. Теперь, однако, инженер должен охарактеризовать уровни мощностей и гармонический состав помех генерируемых в силовую сеть и следовать требованиям национальных и международных стандартов качества электроэнергии (типа IEEE 519-1992 USA). Чтобы проверить соответствие этим стандартам, проектировщик должен быть подготовлен к измерению высокочастотных выбросов при переключении силовых транзисторов, напряжений шумов, характеристик мощности и т.д. Для проведения таких измерений разработчик должен быть оснащен специализированными инструментальными средствами подобными ваттметрам и анализаторам искажения или использовать, как цифровой. так и аналоговый осциллоскопы. Но такие проверки, требующие использования многочисленных инструментов, всегда отнимают много времени. Значительно упростить этот процесс позволяют возможности нового класса универсальных осциллоскопов - цифровых люминофорных осциллоскопов (DPO).
Эти инструменты обеспечивают все необходимое для измерений мощности, включая отображение в реальном масштабе времени градуированного по интенсивности, расширенную синхронизацию и возможности измерения, и интеллектуальный интерфейс с пробниками, позволяющий автоматически определять широкий спектр пробников. Включая пассивные, активные, токовые и дифференциальные пробники. Некоторые DPO даже включают БПФ блок, который драматично упрощает выполнение гармонического анализа.
Лучше, чем аналоговый, лучше, чем цифровой и более…
Поскольку требования к измерению мощности стали более сложными, аналоговые осциллографы реального времени (АОРВ) и цифровые запоминающие осциллографы (ЦЗО) становятся недостаточно эффективными. В целом ЦЗО позволяют анализировать процессы происходящие в ИБП, поскольку имеют достаточно широкую полосу пропускания, продвинутую систему синхронизации и позволяют проводить достаточно детальный анализ сохраненного сигнала, например переходного процесса, в режиме “off-line”. Однако, из-за ограничений, связанных с последовательной архитектурой ЦЗО, время между соседними запусками достаточно велико, поэтому важные детали сигнала пропускаются. Кроме этого, ЦЗО отображают все детали сигнала с одной интенсивностью, что также приводит к неизбежным потерям информации.
Аналоговые осциллоскопы, с другой стороны, обеспечивают великолепные возможности отображения сигнала, требуемые, детально воспроизвести подобные быстро изменяющиеся сигналы. Поскольку по определению обеспечивают градацию интенсивности изображения на экране, что позволяет судить о частоте появления тех или иных деталей сигнала. Но аналоговые осциллоскопы практически не обеспечивают запоминания сигнала, продвинутых измерений и возможности анализа, присущих ЦЗО. Следовательно, проектировщики вынуждены использовать оба этих инструмента при проектировании и отладке ИБП.
Чтобы разрешить эту дилемму – выбора между AРВ и ЦЗО, была разработана новая архитектура осциллоскопов, получившая название DPO. Базирующаяся на новой технологии «цифровой люминофора», которая в цифровой форме имитирует, изменение интенсивности изображения , присущее АОРВ, этот новый тип осциллоскопа позволяет разработчикам видеть модулированные сигналы и все их тонкие детали при полной поддержке хранения, измерения и возможностей анализа
Измерение Мгновенной Мощности с помощью DPO
Характеристика мгновенной потери мощности в транзисторных силовых ключах (ТСК) - часть почти каждого ИБП. Это - ключевой момент при выборе типа ТСК который является, и рентабельным и достаточно надежным в самых худших условиях. Процедура включает измерение импульсного напряжения одновременно с измерением силы тока.
Для проведения таких измерений необходимо применение дифференциального пробника потому, что нас интересует напряжение, «сток-исток» (Vds на MOSFET ). DPO, подобно большинству осциллоскопов, не приспособлен к прямым измерениям высокого напряжения. Для безопасных измерений высоких импульсных напряжений необходимо применение дифференциальных пробников. Например, DPO серии TDS3000 имеют интерфейс с пробниками типа TekProbe level II , который является совместимым с дифференциальным пробником P5205 и и токовым пробником TCP202. Это сочетание обеспечивает исключительно точные результаты.
Перед проведением измерений мощности, может быть необходимо выровнять задержку между дифференциальными токовым пробниками, с помощью процедура, известная как «deskewing». Хотя некоторые пробники специально согласованы входами осциллоскопа, большинство комбинаций пробник / осциллоскоп должны пройти такую процедуру. Этот шаг имеет критическую важность, так как даже малые временные рассогласования между измерениями напряжения и тока могут вызвать большую ошибку в измерении мгновенного значения мощности.
Подобно наиболее продвинутым цифровым осциллоскопам, DPO имеют deskew память, в которой хранится значения задержек между пробниками.
Функция autoset, которую имеет практически любой ЦЗО и DPO , может использоваться для того, чтобы установить начальные параметры отображения, при этом будут автоматически учтены результаты процедуры «deskview”. Цветной ЖКИ экран, является очень полезным для одновременного отображения нескольких сигналов. Например, вы можете отображать различными цветами напряжение, ток и мощность, и если при этом имеется автоматизированный интерфейс с пробниками, вы автоматически получите числовые значения и отмасштабированное изображение всех трех сигналов. При этом не требуется никакая расшифровка результатов. Сигнал мощности получается простым умножением «точка за точкой» значения текущего напряжения на соответствующее значение тока. Это возможно благодаря математическим функциям доступным во многих ЦЗО и DPO, при этом вы получаете доступ к математическим действиям, которые используют числовые значения двух сигналов в качестве переменных.
Исследование модулированных сигналов.
Способность DPO показывать градуированные по интенсивности изображения, дает огромные возможности для отыскания неисправностей в ИБП, особенно при идентификации чрезмерного глубины модуляции. Модулированные сигналы могут использоваться для регулировки выходного напряжения ИБП. Муляция важна в системе обратной связи управляющего контура. Однако, слишком глубокая модуляция приводит к нестабильности всего ИБП.
DPO идеально подходит для того, чтобы обнаруживать и отображать такие сигналы, поскольку имеет очень высокую скорость захвата сигнала – более чем в 50 раз превышающую скорость захвата сигнала аналогичного ЦЗО. Кроме того, цифровой люминофорный дисплей делает возможным наблюдение модулированных сигналов в реальном масштабе времени. Подобный дисплей увеличивает интенсивность изображения в областях, где след сигнала оказывается наиболее часто, что очень похоже на аналоговый осциллоскоп. Модулированный сигнал менее интенсивный, чем основной сигнал, который повторяется непрерывно.
Исследование переходных процессов.
Фиксация переходных процессов с DPO - также очень простой процесс. Просто используйте возможности синхронизации по фронту, чтобы установить наклон, уровень, тип связи и задержку запуска. Если ИБП уже интегрирован в систему, имеет смысл использовать для контроля не только контрольную точку в ИБП, но и другую «прикладную» точку в устройстве, чтобы увидеть, влияние переходных процессов в ИБП на систему в целом.
Конечно, выходное напряжение постоянного тока ИБП должно быть «чистым» и без переходных процессов . Объединение способа отображения, известного как «прокрутка» с пик-детекцией является лучшим способом для обнаружения аберраций на медленно меняющихся сигналах или сигналах постоянного тока. При использовании способа «прокрутки» изображение медленно «пролистывается» справа налево, что очень похоже на работу самописца, оставляя ясный, яркий след. Пик-детектор обнаруживает и позволяет отображать «выбросы» длительностью до 1 ns, даже при самых низких скоростях развертки.
Исследование гармонического состава.
Исследование гармонического состава сигналов - критическая задача в сегодняшних проектах. ИБП имеют тенденцию к генерации нечетных гармоник в питающую сеть, которые к сожалению суммируются. Например, при подключении в офисе большего количества компьютеров к одной силовой сети суммарные гармонические искажения напряжения в питающей сети могут увеличиваться. Так как эти искажения приводит к повышению теплообразования в линиях передачи и в силовых трансформаторах, эти искажения необходимо минимизировать, например в соответствии с требованиями IEC555 и IEC 1000-3-2.
Для этого необходим DPO с дополнительными возможностями. Например в TDS3000 может быть дополнительно установлен модуль БПФ, что превращает его в превосходный инструмент для измерения гармонических искажений и делает возможным одновременное отображение исследуемого сигнала во временной и частотной областях. Причем БПФ может выполняться как на «живых», так и на сохраненных сигналах..
Очевидно, что приобретение такого модуля более эффективно, с точки зрения объема затрат, чем закупка специализированного анализатора гармонических искажений, и позволяет проектировщику использовать знакомый инструмент - осциллоскоп, для выполнения других работ.
Процедура изменения гармоник не более трудна, чем обычные измерения параметров сигнала, так как сигнал в этом случае - повторяющаяся периодическая последовательность в противоположность переходному процессу. Источником сигнала могут служить сигналы тока, напряжения или мощности. Чтобы гарантировать хорошее разрешение по частоте, должны быть отображены, как минимум, пять циклов исследуемого сигнала.
Чрезвычайно полезно, если возможности БПФ включают в себя вертикальное масштабирование и различные форматы «окон» БПФ таких как: прямоугольное, Хемминга, Хэннинга и Блэкмана-Харриса. Для периодических сигналов, как в этом примере, окно Хемминга обычно - лучшее. Вертикальное масштабирование для показа БПФ может быть или линейным, или логарифмическим. Линейное масштабирование обычно используется при измерениях мощности.
Доказательство соответствия нормами качества - важная часть многих проектов. Подобно ЦЗО, DPO предоставляют полный спектр возможностей сохранения и печати, которые значительно облегчают оформление отчетов. Специальная кнопка «твердая копия» позволяет либо распечатать изображение на струйном или лазерном принтере, подключенном к стандартному параллельному порту DPO, либо. сохранить его на гибком диске в различных форматах, включая .BMP, .EPS, .TIF и т.д.,
DPO: прорыв в области осциллографических технологий.
Цифровой люминофорный осциллоскоп ( DPO) объединяет лучшие качества аналоговых и цифровых осциллоскопов и существенно превосходит их.
DPO предлагают все традиционные выгоды ЦЗО, от хранения данных до сложных видов синхронизации, обеспечивая в тоже время возможности АОРВ – мгновенную реакцию на изменение сигнала и изображение переменной интенсивности, что стало возможным за счет цифровой эмуляции фосфорисценции.
Более подробная информация об архитектуре и особенностях DPO вы сможете прочитать в следующем номере журнала.
Новая серия DPO - TDS3000 компании Tektronix представлена 6-ю моделями 2-х и 4-х канальных осциллографов с полосой пропускания до 500 МГц, имеющих компактное исполнение, малый вес (3.2 Кг) и , как опцию, автономное питание.
|
|
