Comment mesurer la perte de puissance d'une alimentation à découpage avec un oscilloscope numérique
La nouvelle architecture de SMPS (Switch Mode PowerSupply) doit fournir un courant élevé et une basse tension aux processeurs avec une vitesse de données élevée et une classe GHz, ce qui ajoute une nouvelle pression invisible aux concepteurs de dispositifs d'alimentation en termes d'efficacité, de densité de puissance, de fiabilité et de coût. Afin de prendre en compte ces exigences dans la conception, les concepteurs ont adopté de nouvelles architectures telles que la technologie de redressement synchrone, la correction du filtre de puissance active et l'augmentation de la fréquence de commutation. Ces technologies posent également des défis plus importants, tels qu'une perte de puissance élevée, une dissipation thermique et des EMI/EMC excessives sur les appareils de commutation.
Pendant la transition de l'état « off » (on) à « on » (off), le dispositif d'alimentation aura une consommation d'énergie élevée. (Cependant, la perte de puissance des appareils de commutation à l'état « marche » ou « arrêt » est moindre, car le courant traversant l'appareil ou la tension sur l'appareil est très faible). Les inducteurs et les transformateurs peuvent isoler la tension de sortie et lisser le courant de charge. Les inductances et les transformateurs sont également sensibles à la fréquence de commutation, ce qui entraîne une dissipation de puissance et des pannes occasionnelles dues à la saturation.
Étant donné que la puissance dissipée dans le dispositif d'alimentation à découpage détermine l'efficacité globale de l'effet thermique de l'alimentation, il est très important de mesurer la perte de puissance du dispositif de commutation et de l'inductance/transformateur. Cette mesure peut déterminer l’efficacité énergétique et la dissipation thermique.
Mesure et analyse de perte de puissance
1. Appareil de test requis pour la mesure de la perte de puissance
Circuit simplifié de transformation de commutateur. Le transistor de puissance à effet de champ MOSFET contrôle le courant sous l'excitation d'une horloge de 40 kHz. Le MOSFET n'est pas connecté à la masse du chargeur AC ou à la masse de la sortie du circuit, c'est-à-dire qu'il est isolé de la terre. Par conséquent, il est impossible de simplement mesurer la tension de référence de mise à la terre avec un oscilloscope, car si le fil de terre de la sonde est connecté à n'importe quelle borne du MOSFET, le point sera court-circuité avec la terre à travers l'oscilloscope.
Dans ce cas, la mesure différentielle est un bon moyen de mesurer la forme d'onde de tension du M0SFET. Par mesure différentielle, vous pouvez mesurer VDS, c'est-à-dire la tension sur la borne de drain et la borne source du MOSFET. Le VDS peut flotter au-dessus de la tension et la plage de tension peut aller de plusieurs dizaines de volts à des centaines de volts, en fonction de la plage de tension du dispositif d'alimentation. Vous pouvez mesurer le VDS de plusieurs manières :
Fil de terre du châssis de l'oscilloscope à suspension. Il est recommandé de ne pas l'utiliser car il est extrêmement nocif pour l'utilisateur, l'appareil testé et l'oscilloscope.
Deux sondes passives asymétriques conventionnelles sont utilisées pour connecter leurs fils de terre ensemble, puis la fonction de calcul de canal de l'oscilloscope est utilisée pour mesurer. Cette méthode de mesure est appelée mesure quasi-différentielle. Cependant, bien que la sonde passive puisse être utilisée en combinaison avec l'amplificateur d'un oscilloscope, elle ne dispose pas de la fonction de « taux de réjection en mode commun » (CMRR) qui peut bloquer correctement toute tension de mode commun. Ce réglage ne permet pas de mesurer avec précision la tension, mais la sonde existante peut être utilisée.
Utilisez l'isolateur de sonde disponible en magasin pour isoler le châssis de l'oscilloscope du sol. Le fil de terre de la sonde ne sera plus le principal potentiel de mise à la terre et la sonde pourra être directement connectée à un point de test. L'isolateur de sonde est une solution efficace, mais elle est coûteuse et son coût est deux à cinq fois supérieur à celui d'une sonde différentielle.
Utilisation d'une véritable sonde différentielle sur un oscilloscope à large bande. Vous pouvez mesurer le VDS par sonde différentielle, ce qui est également une bonne méthode.
Lors de la mesure du courant via MOSFET, fixez d'abord la sonde de courant, puis affinez le système de mesure. De nombreuses sondes différentielles sont équipées de condensateurs d'ajustement de décalage DC intégrés. Éteignez l'équipement testé et une fois l'oscilloscope et la sonde complètement réchauffés, vous pouvez définir la valeur moyenne des formes d'onde de tension et de courant mesurées par l'oscilloscope. Le réglage de la sensibilité doit utiliser les valeurs utilisées dans la mesure réelle. En l'absence de signal, ajustez le condensateur d'ajustement pour ajuster la moyenne nulle de chaque forme d'onde à 0 V. Cette étape peut réduire considérablement l'erreur de mesure causée par la tension et le courant statiques dans le système de mesure.
