Power Analyzer Option pro analýzu výkonových obvodů

Osciloskopy Teledyne Lecroy s vysokým rozlišením, tedy s nativním 12bitovým převodem řady HDO4000, HDO6000 a nově HDO 8000, poskytují výjimečnou schopnost měřit a analyzovat pracovní charakteristiky výkonových prvků a obvodů, které provádějí konverzi energie. Měření kritického výkonu spínacího prvku, analýza modulace regulační smyčky a testování harmonických složek v napájecí části sítě je takto značně zjednodušeno.

Analyzátor elektrické energie umožňuje měřit všechny parametry výkonových obvodů pracujících ve spínacím režimu v jednom vysoce integrovaném softwarovém nástroji, jak je znázorněno na obrázku 1.

Obr. 1 Příklad možností Power Analyzer Option s navoleným funkcemi Control Loop a Power Analysis – analýza napájení

Snadno lze provádět analýzu spínacího prvku, jako je ztrátový výkon, saturační napětí, buzení hradla spínače, dynamický odpor v sepnutém stavu, bezpečná provozní oblast a mnoho dalšího, a to vše v reálném čase. Control Loop (Modulation) – analýza řídicí smyčky poskytuje nástroje pro snadné pochopení odezvy řídicí smyčky, jako jsou například vlastnosti měkkého počátečního startu nebo skokovou reakci na napájení při skokové změně zatížení.

Výkonová analýza napájecí sítě umožňuje jednoduché a rychlé předtestování shody s normou EN 61000-3-2.

Výkonová analýza v tomto nástroji nabízí kompletní řešení s širokou škálou měření a analytických nástrojů. Je vybavena:

• automatickým nastavením a zobrazením relevantních křivek a parametrů,
• analýzou výkonového prvku přímo v zapojení obvodu,
• zobrazením průběhů vln ve voltech, ampérech, Wattech, Joulech, Ohmech atd.,
• měřením a sledováním doby odezvy v časové doméně celého regulačního obvodu,
• analýzou napájecí sítě, včetně harmonických složek.

Analýza spínacího prvku

Analýza spínacího prvku zahrnuje měření ztráty, bezpečné provozní oblasti (SOA), dynamického odporu v sepnutém stavu (RDS [On]) a dv/dt a di/dt.

Měření ztrát, jak je znázorněno na obrázku 1, zahrnuje automatickou identifikaci zón a s využitím barevných překrytí umožňuje automaticky označit oblast vedení a oblast rozepnutí spínače. Nezávisle jsou měřeny ztráty spojené se spínáním, vedením i vypnutým stavem a zobrazeny spolu se součtem vybraných typů ztrátových výkonů. Analýza výkonu zahrnuje svou vlastní zobrazovací oblast měření, která umožňuje současně zobrazit jak konvenční, tak i výkonovou analýzu.

Pomocí osciloskopu s dynamickým rozsahem 12 bitů usnadňuje nástroj Power Analyzer Option charakterizaci měření oblasti saturace. Oblast saturace má obvykle velmi nízkou úroveň v řádu jednotek voltu, která se střídá ve stavu rozepnutí s napětími, která mohou vzrůst až na několik set voltů.

Bezpečná pracovní oblast je dalším aspektem charakterizace spínacího prvku a příklad je znázorněn na obrázku 2.

Obr. 2 Příklad bezpečné provozní oblasti

Bezpečná pracovní oblast zobrazuje průběh napětí spínače jako funkci proudu. To ukazuje chování spínače v testovaném obvodu a odhaluje případné přechodové jevy poblíž špičkového napětí, proudu a mezního výkonu.

Dynamika smyčky prvku pracujícího ve spínacím režimu může být ověřována pomocí analýzy regulační smyčku funkcí softwaru – Control Loop analysis, jak je znázorněno na obrázku 3.

Obr. 3 Analýza uzavřené zpětnovazební smyčky průběhu buzení hradla spínacího prvku spínaného napájecího zdroje ukazuje změnu šířky impulsu na hradle v reakci na změny zatížení zdroje

Analýza řídicí smyčky studuje rozdíly v parametrech zpětnovazební smyčky ve spínacím režimu. Průběhy ukazují změnu šířky pulzu, pracovní cyklus, periodu nebo frekvenci.

Na obrázku 3 je testovaným zařízením napájecí zdroj využívající k řízení šířkově modulovaný signál. Graf uzavřené smyčky (CL) ukazuje variace šířky PWM regulátoru na 7,5 Hz při změně zátěže.

Graf ukazuje dynamiku změny šířky na základě měření perioda– perioda.

Parametr šířka pulzu udává změnu od 100 ns (min) do 5 ms (max). Stejnou změnu ukazuje také plnění impulzu.

Velmi důležitým aspektem tohoto typu analýzy je délka paměti osciloskopu.

Většina změn v napájecích zdrojích může trvat dlouhou dobu. Například perioda spuštění zdroje může trvat několik sekund. Rodina osciloskopů HDO podporuje až 250 Mpts vzorkovaní paměti.

Na obrázku 3 výše je doba pořízení 200 ms, osciloskop stále vzorkuje na 100 Ms/s vzorkovací frekvence.

Konečným režimem analýzy Power Analyzer Option je napájecí výkonová sít.

Zde je možné prověřit harmonické složky sítě pro ověření, zda jejich úroveň je v souladu s mezinárodními normami, jako je EN 61000-3-2.

Harmonická analýza napájecí sítě je znázorněna na obrázku 4. Zde je, kromě síťového napětí a proudu v kanálech C1 a C2, zobrazeno prvních čtyřicet harmonických proudu 60Hz napájení. Modré překrytí ukazuje úrovně shody pro EN 61000-3-2.

Obr. 4 Analýza napájecí sítě ukazující harmonické proudu napájení. Tabulka v pravém dolním rohu je soupis každých 40 harmonických včetně pořadí a úrovně.

Tabulka v pravé dolní části displeje pak uvádí každou z těchto harmonických a zahrnuje její stupeň, frekvence a shodu s normou atd.

Závěr

Možnost Power Analyzer Option pro osciloskopy s vysokým rozlišením HDO4000, HDO6000 a HDO 8000 zjednodušuje práci při měření výkonu na výkonových dynamických systémech. Lze jí provádět měření a rozbor přímo v obvodech daného zařízení a analyzovat tak bez nutnosti speciálně konstruovaného příslušenství pro takové testy.

Dlouhá vzorkovací paměť dostupná na osciloskopech Teledyne Lecroy řady HDO umožňuje časy pořízení až ve stovkách milisekund při vysokých vzorkovacích frekvencích pro zjištění neobvyklé události během měření.

Další podrobnosti o tomto rozšíření pro osciloskopy a přístrojích Teledyne Lecroy získáte od výhradního zástupce Teledyne- Lecroy v České republice společnosti Blue Panther s. r. o.

www.blue-panther.cz