Как измерить пульсации блока питания осциллографом

Три метода измерения пульсаций источника питания с помощью осциллографа

Наши общие блоки питания включают в себя линейные блоки питания и импульсные блоки питания. округ Колумбия напряжение их выход получается путем выпрямления, фильтрации и стабилизации напряжения переменного тока. Из-за нечистой фильтрации сигналы помех, содержащие периодические и случайные компоненты будет присоединен к уровню постоянного тока, что приводит к пульсациям.

Генерация пульсаций мощности

Наши общие блоки питания включают в себя линейные блоки питания и импульсные блоки питания. Выходное постоянное напряжение получается путем выпрямления, фильтрации и стабилизации переменного напряжения. Из-за нечистой фильтрации сигналы помех, содержащие периодические и случайные компоненты, будут привязаны к уровню постоянного тока, что приводит к пульсациям.

В случае номинального выходного напряжения и тока пиковое значение переменного напряжения в выходном постоянном напряжении представляет собой так называемое пульсирующее напряжение. Пульсация представляет собой сложный сигнал помех, это периодический сигнал, который колеблется вверх и вниз вокруг выходного напряжения постоянного тока, но период и амплитуда не являются постоянными, а меняются со временем, и пульсации различных источников питания. Формы сигналов также различаются.

Опасность пульсации

Вообще говоря, пульсация вредна, а не полезна. Основные опасности пульсации заключаются в следующем:

・ Пульсации в источнике питания будут генерировать гармоники в электроприборах, снижая эффективность источника питания;
・ Более высокая пульсация может привести к выбросу напряжения или тока, что может вызвать ненормальную работу электрооборудования или ускорить его старение;
・ Пульсации в цифровых цепях будут мешать логической связи схема;
・ Рябь также создаст шумовые помехи для средств связи, измерительных и измерительных приборов и счетчиков, нарушит нормальное измерение и измерение сигналов и даже повредит оборудование.

Следовательно, при создании источников питания мы должны учитывать снижение пульсаций до уровня менее нескольких процентов, а оборудование с высокими требованиями к пульсациям должно учитывать снижение пульсаций до меньшего значения.

Методы измерения пульсаций источника питания обычно делятся на две категории: одна — это идентификация отдельного источника питания, а другая — измерение отладки продукта.

В отрасли электроснабжения и у пользователей электроснабжения для идентификации источника питания необходимо выбирать помещение (около 20 ℃), влажность должна быть менее 80%, окружающая механическая вибрация и электромагнитные помехи, влияющие на измерение, минимальны. , а стандартный прибор и тестируемый источник питания должны находиться в тестовой среде более 24 часов.

Для чистого источника питания при измерении пульсаций источника питания требуется измерение во время нагрузки, а добавленная нагрузка должна сделать выходной ток более 80% от номинального выходного тока.

Для малошумящих чисто резистивных нагрузок или Электронный нагрузки, также выберите соответствующий эталон измерения. Различные стандарты дают разные результаты измерений.

Напряжение пульсаций может быть выражено абсолютной величиной или относительной величиной. Как правило, отношение напряжения пульсаций к выходному напряжению постоянного тока используется для оценки характеристик фильтрации источника питания постоянного тока, то есть коэффициента пульсаций. Коэффициент пульсаций является важным показателем для оценки источника питания постоянного тока, а методом его расчета является отношение среднеквадратичного значения напряжения пульсаций к выходному напряжению постоянного тока.

Измерение пульсаций источника питания

Измерение пульсаций источника питания обычно измеряется осциллографом. Существует три широко используемых метода измерения:

1. По способу подключения

Используйте щуп осциллографа с петлей заземления, прикоснитесь щупом непосредственно к контакту положительного выхода, а петля провода непосредственно касается контакта отрицательного выхода. Это связано с тем, что цикл поддерживается максимально коротким, так что пиковое значение, считываемое с осциллографа, представляет собой выходную пульсацию и шум на линии, как показано на следующем рисунке:

2. Прямой метод

Подсоедините заземляющее кольцо непосредственно к отрицательному выходному контакту и используйте заземляющее кольцо пробника для проверки выхода.

3. Метод скручивания

Выходной контакт подключается к витой паре, затем подключается конденсатор, и два конца конденсатора измеряются с помощью осциллографа.

При измерении пульсаций необходимо обратить внимание: необходимо знать верхнюю границу полосы пропускания пульсаций. Пульсации представляют собой низкочастотный шум, поэтому обычно используется осциллограф, не превышающий верхний предел полосы пропускания пульсаций.

При измерении сначала включите функцию ограничения полосы пропускания осциллографа, ограничьте полосу пропускания до 20 МГц и напрямую подключите заземление экрана пробника к выходной земле, чтобы уменьшить помехи контура, вызванные длинным проводом заземления.

Небольшой керамический конденсатор и небольшой электролитический конденсатор подключены параллельно в точке доступа пробника, чтобы отфильтровать сигналы внешних помех и предотвратить их попадание в осциллограф.

Метод подавления пульсаций

Пульсации на выходе источника питания в основном происходят из пяти аспектов: низкочастотные пульсации на входе, высокочастотные пульсации, синфазные пульсации, вызванные паразитными параметрами, и пульсации, вызванные регулированием с обратной связью.

Обычными методами подавления этих пульсаций являются: увеличение емкости схемы фильтра, использование схемы LC-фильтра, использование схемы многокаскадного фильтра, замена импульсного блока питания линейным блоком питания, рациональная разводка. Однако, согласно его классификации, принятие целенаправленных мер часто позволяет достичь вдвое большего результата при вдвое меньших усилиях.

1. Подавление высокочастотных пульсаций

Высокочастотный пульсирующий шум в основном возникает из-за высокочастотных цепей преобразования мощности. В схеме высокочастотного преобразования мощности регулируемый выходной сигнал, достигаемый за счет выпрямления и фильтрации после преобразования входного постоянного напряжения с помощью высокочастотных силовых устройств, обычно содержит высокочастотные пульсации той же частоты, что и рабочая частота переключения, что влияет на внешний схема. Размер в основном связан с частотой преобразования импульсного источника питания, а также структурой и параметрами выходного фильтра. В конструкции постарайтесь увеличить рабочую частоту силового Преобразователь для снижения требований к фильтрации высокочастотных пульсаций переключения.

2. Подавление низкочастотных пульсаций

Величина низкочастотных пульсаций связана с емкостью фильтрующего конденсатора в выходной цепи. Емкость конденсатора нельзя увеличивать бесконечно, что неизбежно приведет к остаточной низкочастотной пульсации на выходе. Пульсации переменного тока ослабляются схемой преобразования постоянного тока в постоянный, а затем выводятся на выход, который относится к диапазону низкочастотных шумов, а его величина определяется коэффициентом усиления системы управления и схемой преобразования постоянного тока в постоянный. Поскольку схемы преобразования постоянного тока в постоянный режим управления режимом тока и режимом напряжения имеют относительно низкие возможности подавления пульсаций, а их выходная низкочастотная пульсация переменного тока относительно велика. Следовательно, необходимо принять меры по фильтрации низкочастотных пульсаций источника питания, чтобы добиться низких пульсаций на выходе источника питания.

Для некоторых источников питания схема усиления с обратной связью преобразователя постоянного тока может быть увеличена, а предварительноерегулятор Схема может использоваться для усиления эффекта подавления пульсаций. Этого можно добиться, изменяя емкость фильтра выпрямителя и регулируя параметры контура обратной связи. Подавление низкочастотных пульсаций.

3. Подавление синфазных пульсаций

Шум пульсаций синфазного сигнала обычно возникает в импульсных источниках питания. Когда прямоугольное напряжение импульсного источника питания воздействует на силовое устройство, оно взаимодействует с паразитной емкостью между силовым устройством и нижней пластиной радиатора, первичной и вторичной сторонами трансформатора и паразитной индуктивностью в проводах. , что приводит к синфазному пульсирующему шуму. Методы подавления шума синфазных пульсаций:

・ Уменьшите паразитную емкость между устройством управления питанием, трансформатором и заземлением шасси и добавьте индуктивность и емкость для подавления синфазного сигнала на выходе;
・Использование фильтра электромагнитных помех может эффективно подавить помехи синфазных пульсаций;
・ Уменьшить амплитуду сбоев при переключении.

4. Подавление пульсаций замкнутого контура управления

Причина пульсации замкнутого контура управления обычно заключается в том, что параметры в контуре не установлены должным образом. Когда на выходе есть определенные колебания, цепь обратной связи возвращает флуктуирующее напряжение на выходе в контур регулятора, заставляя регулятор генерировать отклик с автовозбуждением. производит дополнительную пульсацию.

К методам подавления в основном относятся: подавление самовозбуждающейся реакции регулятора, разумный выбор коэффициента усиления контура, стабильности регулятора и подключение LDO-фильтра к выходу источника питания. Это наиболее эффективный способ уменьшить пульсации и шумы.

Генерация пульсаций мощности

Наши общие блоки питания включают в себя линейные блоки питания и импульсные блоки питания. Выходное постоянное напряжение получается путем выпрямления, фильтрации и стабилизации переменного напряжения. Из-за нечистой фильтрации сигналы помех, содержащие периодические и случайные компоненты, будут привязаны к уровню постоянного тока, что приводит к пульсациям.

В случае номинального выходного напряжения и тока пиковое значение переменного напряжения в выходном постоянном напряжении представляет собой так называемое пульсирующее напряжение. Пульсация представляет собой сложный сигнал помех, это периодический сигнал, который колеблется вверх и вниз вокруг выходного напряжения постоянного тока, но период и амплитуда не являются постоянными, а меняются со временем, и пульсации различных источников питания. Формы сигналов также различаются.

Опасность пульсации

Вообще говоря, пульсация вредна, а не полезна. Основные опасности пульсации заключаются в следующем:

・ Пульсации в источнике питания будут генерировать гармоники в электроприборах, снижая эффективность источника питания;
・ Более высокая пульсация может привести к выбросу напряжения или тока, что может вызвать ненормальную работу электрооборудования или ускорить его старение;
・ Пульсации в цифровых цепях будут мешать логической связи цепи;
・ Рябь также создаст шумовые помехи для средств связи, измерительных и измерительных приборов и счетчиков, нарушит нормальное измерение и измерение сигналов и даже повредит оборудование.

Следовательно, при создании источников питания мы должны учитывать снижение пульсаций до уровня менее нескольких процентов, а оборудование с высокими требованиями к пульсациям должно учитывать снижение пульсаций до меньшего значения.

Методы измерения пульсаций источника питания обычно делятся на две категории: одна — это идентификация отдельного источника питания, а другая — измерение отладки продукта.

В отрасли электроснабжения и у пользователей электроснабжения для идентификации источника питания необходимо выбирать помещение (около 20 ℃), влажность должна быть менее 80%, окружающая механическая вибрация и электромагнитные помехи, влияющие на измерение, минимальны. , а стандартный прибор и тестируемый источник питания должны находиться в тестовой среде более 24 часов.

Для чистого источника питания при измерении пульсаций источника питания требуется измерение во время нагрузки, а добавленная нагрузка должна сделать выходной ток более 80% от номинального выходного тока.

Для малошумящих чисто резистивных нагрузок или электронных нагрузок также выберите соответствующий эталон измерения. Различные стандарты дают разные результаты измерений.

Напряжение пульсаций может быть выражено абсолютной величиной или относительной величиной. Как правило, отношение напряжения пульсаций к выходному напряжению постоянного тока используется для оценки характеристик фильтрации источника питания постоянного тока, то есть коэффициента пульсаций. Коэффициент пульсаций является важным показателем для оценки источника питания постоянного тока, а методом его расчета является отношение среднеквадратичного значения напряжения пульсаций к выходному напряжению постоянного тока.

Измерение пульсаций источника питания

Измерение пульсаций источника питания обычно измеряется осциллографом. Существует три широко используемых метода измерения:

1. По способу подключения

Используйте щуп осциллографа с петлей заземления, прикоснитесь щупом непосредственно к контакту положительного выхода, а петля провода непосредственно касается контакта отрицательного выхода. Это связано с тем, что цикл поддерживается максимально коротким, так что пиковое значение, считываемое с осциллографа, представляет собой выходную пульсацию и шум на линии, как показано на следующем рисунке:

2. Прямой метод

Подсоедините заземляющее кольцо непосредственно к отрицательному выходному контакту и используйте заземляющее кольцо пробника для проверки выхода.

3. Метод скручивания

Выходной контакт подключается к витой паре, затем подключается конденсатор, и два конца конденсатора измеряются с помощью осциллографа.

При измерении пульсаций необходимо обратить внимание: необходимо знать верхнюю границу полосы пропускания пульсаций. Пульсации представляют собой низкочастотный шум, поэтому обычно используется осциллограф, не превышающий верхний предел полосы пропускания пульсаций.

При измерении сначала включите функцию ограничения полосы пропускания осциллографа, ограничьте полосу пропускания до 20 МГц и напрямую подключите заземление экрана пробника к выходной земле, чтобы уменьшить помехи контура, вызванные длинным проводом заземления.

Небольшой керамический конденсатор и небольшой электролитический конденсатор подключены параллельно в точке доступа пробника, чтобы отфильтровать сигналы внешних помех и предотвратить их попадание в осциллограф.

Метод подавления пульсаций

Пульсации на выходе источника питания в основном происходят из пяти аспектов: низкочастотные пульсации на входе, высокочастотные пульсации, синфазные пульсации, вызванные паразитными параметрами, и пульсации, вызванные регулированием с обратной связью.

Обычными методами подавления этих пульсаций являются: увеличение емкости схемы фильтра, использование схемы LC-фильтра, использование схемы многокаскадного фильтра, замена импульсного блока питания линейным блоком питания, рациональная разводка. Однако, согласно его классификации, принятие целенаправленных мер часто позволяет достичь вдвое большего результата при вдвое меньших усилиях.

1. Подавление высокочастотных пульсаций

Высокочастотный пульсирующий шум в основном возникает из-за высокочастотных цепей преобразования мощности. В схеме высокочастотного преобразования мощности регулируемый выходной сигнал, достигаемый за счет выпрямления и фильтрации после преобразования входного постоянного напряжения с помощью высокочастотных силовых устройств, обычно содержит высокочастотные пульсации той же частоты, что и рабочая частота переключения, что влияет на внешний схема. Размер в основном связан с частотой преобразования импульсного источника питания, а также структурой и параметрами выходного фильтра. В проекте постарайтесь увеличить рабочую частоту силового преобразователя, чтобы снизить требования к фильтрации высокочастотных пульсаций переключения.

2. Подавление низкочастотных пульсаций

Величина низкочастотных пульсаций связана с емкостью фильтрующего конденсатора в выходной цепи. Емкость конденсатора нельзя увеличивать бесконечно, что неизбежно приведет к остаточной низкочастотной пульсации на выходе. Пульсации переменного тока ослабляются схемой преобразования постоянного тока в постоянный, а затем выводятся на выход, который относится к диапазону низкочастотных шумов, а его величина определяется коэффициентом усиления системы управления и схемой преобразования постоянного тока в постоянный. Поскольку схемы преобразования постоянного тока в постоянный режим управления режимом тока и режимом напряжения имеют относительно низкие возможности подавления пульсаций, а их выходная низкочастотная пульсация переменного тока относительно велика. Следовательно, необходимо принять меры по фильтрации низкочастотных пульсаций источника питания, чтобы добиться низких пульсаций на выходе источника питания.

Для некоторых источников питания цепь усиления с обратной связью преобразователя постоянного тока может быть увеличена, а схема предварительного регулятора может использоваться для усиления эффекта подавления пульсаций. Этого можно добиться изменением емкости фильтра выпрямителя и регулировкой параметров контура обратной связи. Подавление низкочастотных пульсаций.

3. Подавление синфазных пульсаций

Шум пульсаций синфазного сигнала обычно возникает в импульсных источниках питания. Когда прямоугольное напряжение импульсного источника питания воздействует на силовое устройство, оно взаимодействует с паразитной емкостью между силовым устройством и нижней пластиной радиатора, первичной и вторичной сторонами трансформатора и паразитной индуктивностью в проводах. , что приводит к синфазному пульсирующему шуму. Методы подавления шума синфазных пульсаций:

・ Уменьшите паразитную емкость между устройством управления питанием, трансформатором и заземлением шасси и добавьте индуктивность и емкость для подавления синфазного сигнала на выходе;
・Использование фильтра электромагнитных помех может эффективно подавить помехи синфазных пульсаций;
・ Уменьшить амплитуду сбоев при переключении.

4. Подавление пульсаций замкнутого контура управления

Причина пульсации замкнутого контура управления обычно заключается в том, что параметры в контуре не установлены должным образом. Когда на выходе есть определенные колебания, цепь обратной связи возвращает флуктуирующее напряжение на выходе в контур регулятора, заставляя регулятор генерировать отклик с автовозбуждением. производит дополнительную пульсацию.

К методам подавления в основном относятся: подавление самовозбуждающейся реакции регулятора, разумный выбор коэффициента усиления контура, стабильности регулятора и подключение LDO-фильтра к выходу источника питания. Это наиболее эффективный способ уменьшить пульсации и шумы.

О проверке импульсных цепей питания с помощью осциллографа

Для питания современной вычислительной техники в основном используют питающие напряжения +12, +5, +3.3 вольта (постоянный ток), формирующиеся блоком питания. Электронные компоненты, установленные на видеокартах, материнских платах часто требуют других номиналов питающих напряжений. Чаще всего вольтаж, необходимый для их работы, формируется путем понижения питающего напряжения до нужного значения.

При питании маломощных компонентов нет необходимости обеспечивать высокую эффективность работы схем преобразования входного питающего напряжения, так как потери мощности достаточно мизерные. В связи с этим маломощные узлы (например, микросхема флеш-памяти Bios) запитываются с помощью цепей прямо (линейно) преобразующих питающее напряжение до нужного номинала.

При питании мощных электронных компонентов, таких как процессор (видеоядро) и оперативная память, необходимо обеспечить высокую мощность от источника питания. Если величина потерь будет высокой (при низком КПД цепей питания), то будет происходит излишний нагрев устройства, а также расходоваться лишние средства на оплату электроэнергии.

Для обеспечения высокой эффективности работы питающих цепей большой мощности используются схемы, работающие в импульсном режиме. Это делается для сохранения компактных размеров устройств и увеличения КПД.

Пример использования ШИМ-преобразования напряжения в импульсном блоке питания:

В статье Как работает VRM материнских плат рассматривались некоторые особенности работы фаз питания, использующихся в современной вычислительной технике. В данной статье динамические процессы, происходящие в фазе питания, рассматриваются с другой точки зрения. Эти знания помогут не только при ремонте неисправных устройств, но и помогут осуществлять более осмысленную эксплуатацию компьютерной техники.

О работе фаз питания, работающих в импульсном режиме

В импульсных цепях фаз питания напряжение от блока питания используется не постоянно, а периодически, с помощью коммутации ключевыми транзисторами:

Благодаря этому на нагрузке появляется не все питающее напряжение, а лишь его часть. Это позволяет понижать вольтаж до нужного значения при сохранении достаточно высокого КПД.

При работе большинства импульсных цепей питания используются коммутационные ключи на мощных полевых транзисторах, управляемые микросхемой, формирующей управляющие импульсы широтно-импульсной модуляции (ШИМ), длительность которых меняется в зависимости от напряжения на выходе.

Чем больший вольтаж нужно получить на выходе — тем дольше должны быть открыты ключевые транзисторы, соответственно должен дольше длиться управляющий импульс:

Чем большая частота используется при работе, тем больше энергии накапливается в катушке индуктивности, что позволяет значительно уменьшить ее размеры. Слишком сильному увеличению частоты препятствует значительное увеличение реактивного сопротивления проводников на высоких частотах и другие сложности, присущие ВЧ-технике.

Сбалансированная работа схем импульсного преобразования требует использования ключевых транзисторов с наименьшим внутренним сопротивлением в момент рабочего цикла, задействования сглаживающих, фильтрующих (блокировочных) конденсаторов, использования цепей обратной связи и ряда других узлов/компонентов.

Уменьшение пульсаций (Ripple) осуществляется с помощью электролитических накопительных конденсаторов, а ВЧ-шумов (Noise) — с помощью блокировочных:

Использование некачественных электронных элементов, огрехи при сборке, перегрев, старение электронных компонентов иногда приводят к выходу из строя фаз питания. Так как через них проходят большие токи, то последствия от их выхода из строя могут привести к возгоранию, а также повлечь за собой другие компоненты, включая дорогостоящие процессор/память.

При поиске неисправностей фаз питания нужно понимать пути прохождения тока через их ключевые транзисторы, а также его величину. Полную картину процессов, происходящих в фазах питания невозможно получить без осциллографа.

Проверка напряжения и тока на выходе импульсного источника питания на наличие пульсаций и шума с помощью двухканального осциллографа:

При изучении конкретной схемы нужно понимать, как проходят токи, напряжения и управляющий сигнал на фазе питания.

Как проходят токи через транзисторы верхнего и нижнего плеча фаз питания?

Фаза питания импульсных источников питания работает в два цикла, при которых ток проходит поочередно через транзистор(-ы) верхнего и нижнего плеча.

Упрощенная схема фазы питания с двумя полевыми транзисторами:

При открытом верхнем ключе (первый цикл работы, ключевой транзистор нижнего плеча при этом закрыт) ток проходит по цепи: плюсовой вывод источника питания (в данном случае +12 вольт) — транзистор верхнего ключа T1 — катушка индуктивности L — нагрузка Rн — общий провод (минус от источника питания).

На протяжении второго цикла работы открывается нижний ключевой транзистор T2 (верхний закрывается), а ток проходит по цепи: накопительная катушка индуктивности L — нагрузка Rн — транзистор нижнего ключа T2 — катушка индуктивности L.

Во время второго цикла работы источником энергии является дроссель (катушка индуктивности L), отдающий электричество, накопленное во время первого цикла.

Сглаживание пульсаций на выходе фазы питания происходит за счет накопления электрической энергии в LC-элементах (конденсатор С на схеме выше).

Визуализация прохождения тока в динамике есть в ролике Ток через нижнее и верхнее плечо шим контроллера на Youtube.

Для согласования работы различных электронных элементов, обеспечения стабильности выходного напряжения, защиты, контроля и управления используются дополнительные компоненты.

Как правило, в фазах питания видеокарт и материнских плат используется по два мощных транзистора нижнего плеча и один — в верхнем плече. Это связано с тем, что ток, проходящий во время первого цикла работы значительно больше, чем при работе от накопительного дросселя. В связи с этим обычно используются более мощные транзисторы нижнего плеча, обычно работающие параллельно, что увеличивает допустимый рабочий ток и снижает сопротивление сток-исток (Rds) во время рабочего цикла (в открытом состоянии).

Транзисторы верхнего ключа пропускают меньший ток, но должны работать с большей частотой. Поэтому для них более важна скорость открытия td(on) и закрытия td(off), чем допустимый ток.

Проверка работоспособности транзисторов фаз питания рассматривается в статьях О проверке полевых транзисторов импульсных цепей питания, а также Устранение проблем с запуском материнской платы. Для проверки работы фаз питания в динамике нужно использовать осциллограф.

Проверка напряжений и токов в цепи с помощью осциллографа

Проверка бросков (пускового) тока (inrush current) осциллографом может осуществляться на токовом резисторе (шунте) и с помощью токового щупа.

Изучение формы тока в цепи с помощью токового шунта:

Для проверки сдвига фаз между током и напряжением в электрической цепи нужно использовать двухканальный осциллограф.

Пример проверки работы транзистора фазы питания с помощью двухканального осциллографа:

На приведенной выше схеме производится одновременное измерение формы напряжения и тока на выходе полевого транзистора. Для изучения напряжения минус щупа (Diff Probe) подключается непосредственно к истоку (source), а плюс — к стоку (drain) ключевого MOSFET-транзистора. Щуп Current Probe (токовые клещи) второго канала показывает форму пульсирующего (перменного) тока в цепи.

Кроме токового щупа изучить форму тока в цепи можно путем подключения второго канала осциллографа к токовому резистору Rт (шунту) в составе исследуемой цепи:

Для исследования сдвига фаз между током и напряжением на двухканальном осциллографе с использованием токового резистора используют следующую схему подключения:

В приведенной выше схеме первый канал измеряет напряжение на выходе источника питания, а второй — напряжение на токовом резисторе (сигнал на нем при изучении сдвига фаз нужно инвертировать из-за встречного включения относительно первого канала). Синхронизация прибора в данном случае осуществляется от первого канала, так как вольтаж U Rт значительно меньше напряжения на первом канале, что ухудшило бы условия работы прибора при использовании второго канала для синхронизации.

Чем больше сопротивление токового резистора, тем большее на нем падение напряжения. Таким образом, в цепях с невысоким вольтажом можно использовать резисторы высокого сопротивления, что обеспечит лучшую чувствительность при проведении измерений.

При проверке обязательно нужно обеспечить гальваническую развязку систем питания осциллографа и проверяемого устройства. Кроме того, при использовании двухканального осциллографа нужно исключить ситуации, когда в исследуемую схему щупами осциллографа (например, общим проводом разных каналов) вносятся изменения.

Правильное и неправильное подключение двухканального осциллографа (масса обеих каналов должна быть подключена к одной общей точке):

Проверка формы напряжения, которое формируется на выходе источника питания с помощью осциллографа:

Проверка работы ШИМ-контроллера

При проверке работы микросхемы ШИМ в первую очередь нужно проверить ее выходное сопротивление (между контактами GND и OUT) — как правило, оно должно быть очень большим, близким к бесконечности (при этом на измерения не должны оказывать влияние окружающие элементы). Если при исправном ключевом полевом транзисторе на выходе ШИМ-контроллера (не выпаянного из платы) малое сопротивление (ниже одного килоОма) — то микросхема пробита.

При выходе из строя силовых транзисторов, нужно проверять исправность не только микросхемы ШИМ-контроллера, но и ее обвязку, так как элементы выходных цепей часто оказываются неисправными при пробоях MOSFET-ов.

Правильно работающий ШИМ-контроллер при импульсном преобразовании напряжения должен формировать сигнал управления, имеющий одинаковую периодически изменяющуюся форму. Этот сигнал через драйверы попеременно открывает и закрывает ключевые полевые транзисторы верхнего и нижнего плеча каждой фазы питания. Обычный мультиметр не может корректно отображать сигнал на ШИМ-контроллере, так как он имеет слишком высокую частоту. Поэтому для изучения сигнала, формируемого ШИМ-контроллером нужно использовать осциллограф, который фактически является вольтметром с продвинутыми функциями.

При проверке ШИМ-контроллера можно использовать следующую последовательность действий:

• подать на ШИМ-микросхему проверяемого устройства от внешнего источника питания (лабораторного блока питания) необходимое ей питающее напряжение с ограничением тока;
• проверить референсное напряжение на выводе VREF, оно должно соответствовать номиналу (согласно даташиту);
• проверить стабильность референсного напряжения при изменениях питающего напряжения от лабораторного источника питания в пределах, соответствующих Datasheet;
• осциллографом проверить сигнал на выходе частотозадающей цепи ШИМ-контроллера, которое должно оставаться в пределах нормы даже при изменениях питающего напряжения в заданных пределах;
• проверить на осциллографе импульсы, идущие на ключевой транзистор фаз питания с выхода PWM-контроллера.

Вам также может понравиться

О выборе термопрокладок для видеокарт и других мощных радиоэлектронных устройств

8 октября, 2021

Как проверить осциллографом пульсации питающего напряжения

Измерения и анализ характеристик источников питания с помощью осциллографов Tektronix серий MSO/DPO

В статье описываются особенности измерений характеристик импульсных источников питания с помощью осциллографов Tektronix. Обсуждаются вопросы подготовки к измерениям, входного анализа, анализ схемы переключения и выходного анализа. Рассматриваются программные средства осциллографов для измерения и анализа цепей питания. Статья представляет собой перевод [1].

Работа источников питания характеризуется изменением нагрузки в широких диапазонах: от холостого хода до максимально допустимой. Часто происходит внезапный наброс нагрузки (резкий скачок выходного тока). Нагрузка на устройство может меняться кардинально в течение очень короткого времени, и источники питания для аппаратуры широкого применения должны выдерживать пиковые нагрузки, которые намного превышают средний уровень. Инженеры, проектирующие источники питания или системы, в которых они используются, должны ясно представлять себе режимы работы источников питания в самых разных условиях: от состояния покоя до пиковых нагрузок.
В этой статье описываются измерения параметров импульсного источника питания с помощью осциллографа Tektronix серий MSO/DPO4000 или DPO3000. Описываются также опциональные программные средства измерений и анализа цепей питания.

ПОДГОТОВКА К ИЗМЕРЕНИЯМ

В идеальном случае источник питания должен работать в точности как он был спроектирован и смоделирован. В реальности это не так: компоненты чаще всего не совершенны; нагрузка на систему может изменяться; в сетевом напряжении могут присутствовать искажения; условия окружающей среды влияют на характеристики устройства.
Перед началом работы необходимо корректно подготовить измерительную систему для точного анализа сигналов и выявления неполадок. В связи с этим следует рассмотреть следующие важные вопросы:
– режимы захвата данных осциллографа;
– компенсация сдвига по фазе между пробником измерения напряжения и токовым пробником;
– компенсация смещения пробника;
– размагничивание токового пробника;
– фильтры ограничения полосы пропускания.

Режимы захвата данных осциллографа

Режимы захвата данных определяют способы выборки, обработки и отображения электрических сигналов. Выбор режима захвата данных может влиять на точность измерений. Важно понять, как эти режимы работают и какое влияние они оказывают на измерения сигналов и других характеристик в источниках питания.
В каждом осциллографе предусмотрен самый простой режим захвата — режим выборки. Как показано на рисунке 1, в этом режиме осциллограф формирует точку сигнала через каждый интервал выборки (на рисунке интервалы выборки сигнала обозначены как 1, 2, 3 и 4). Режим выборки рекомендуется для таких измерений как анализ пульсаций и помех, который требует многократного захвата нерегулярных сигналов.

Другим режимом захвата, который предлагается большинством производителей осциллографов, является режим усреднения. В режиме усреднения осциллограф запоминает одну точку выборки в течение каждого интервала сигнала, как и в режиме выборки. Однако в режиме усреднения соответствующие точки последовательных моментов захвата сигнала усредняются, и в результате формируется сигнал, изображенный на рисунке 2. Режим усреднения снижает шум без уменьшения ширины полосы пропускания, но используется только с регулярным сигналом. Режим усреднения особенно полезен при выполнении гармонического анализа или анализа качества электропитания, в частности при измерении активной, реактивной и полной мощности.

Рис. 2. Режим усреднения

Комапния Tektronix предлагает, кроме перечисленных выше режимов, режим высокого разрешения. В этом случае многократные последовательные выборки в пределах одного интервала сигнала усредняются, и формируется одна точка при каждом захвате сигнала, как показано на рисунке 3.

Рис. 3. Режим высокого разрешения

В результате уменьшается ширина полосы пропускания и, следовательно, помехи, и, кроме того, улучшается разрешение по вертикали для медленных сигналов. Режим высокого разрешения особенно полезен при проведении анализа модуляции, когда происходит включение питания и сбор данных при отдельном захвате сигнала. Режим высокого разрешения может улучшить точность при таких измерениях как измерения потерь на переключение, при которых вычисляются значения мгновенной мощности.

Компенсация сдвига по фазе между пробником измерения напряжения и токовым пробником

При проведении измерений характеристик источников питания с помощью цифрового осциллографа необходимо измерять напряжение и ток в различных узлах устройства. Для этого требуются два разных пробника: пробник измерения напряжения (иногда используют высоковольтный дифференциальный пробник) и токовый пробник. Каждый из этих пробников имеет собственный показатель задержки распространения сигнала. Разница в задержках токового пробника и пробника для измерений напряжения, известная как сдвиг по фазе, вызывает неточные измерения амплитуды и временных параметров. Важно понять влияние задержки распространения пробников на результаты измерения максимальной пиковой мощности, т.к. мощность зависит от напряжения и тока. Если сигналы напряжения и тока не идеально выровнены по времени между собой, то результат измерений будет некорректным.
Компенсация сдвига по фазе между пробниками в современных осциллографах производится без труда (см. рис. 4). Путем выбора опции deskew (компенсация сдвига по фазе) можно отрегулировать значение сдвига по фазе пробников. Рекомендуемое значение сдвига выбирается на основе номинального значения задержки распространения пробника, которое хранится во встроенной памяти пробника.

Рис. 4. Коррекция сдвига по фазе между пробником измерения напряжения и токовым пробником

Для более точного согласования сигналов по времени служит генератор компенсации сдвига сигналов по фазе и специальная оснастка, показанные на рисунке 5. При подключении пробников к этой оснастке реальное значение сдвига по фазе можно вручную изменить так, чтобы точно выровнять сигналы.

Рис. 5. Генератор компенсации сдига сигналов по фазе и специальная оснастка компании Tektronix

Компенсация смещения пробника

Свойством дифференциальных пробников является наличие в них незначительного смещения по напряжению. Это смещение может влиять на точность измерений и его необходимо устранить до начала процесса измерений. Большинство дифференциальных пробников для измерения напряжения имеет встроенную схему регулировки постоянного смещения, что значительно упрощает компенсацию смещения.
Перед началом измерений может также возникнуть необходимость в регулировке токовых пробников. Компенсация смещения токовых пробников производится путем обнуления значения DC-баланса.

Размагничивание токового пробника

Для токового пробника также должна быть предусмотрена возможность размагничивания. Оно позволяет устранить остаточное магнитное поле в сердечнике трансформатора, которое может быть вызвано большими токами на входе. Остаточное магнитное поле приводит к образованию выходной погрешности смещения, которую следует устранить для улучшения точности измерений.

Фильтры ограничения полосы пропускания

Ограничение полосы пропускания осциллографа снижает шумы или нежелательные высокочастотные компоненты в исследуемом сигнале, что позволяет получить более чистую картину на дисплее.

ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ

Традиционно измерения характеристик источников питания разделяют на три категории: входной анализ, анализ переключающих приборов и выходной анализ.

Входной анализ

Реальные сети электропитания никогда не обеспечивают идеальную синусоидальную форму тока, и в линии всегда присутствуют искажения и нежелательные сигналы. Импульсный источник питания представляет собой нелинейную нагрузку для сети. Из-за этого формы сигналов напряжения и тока не идентичны. Потребление тока вызывает генерацию гармоник во входном сигнале тока. Основными характеристиками, которые необходимо про­анализировать на входе источника питания являются гармоники и качество электропитания.

Гармоники

Свойством импульсных источников питания является генерация в основном нечетных гармоник, которые попадают в конечном итоге обратно в электросеть. Чем больше импульсных источников питания подключаются к электросети (например, при появлении еще одного компьютера в офисе), тем больше суммарный процент гармонических искажений в сети. Эти искажения необходимо минимизировать, чтобы улучшить гармонический состав напряжения.
Определение эффекта от этих искажений является важной задачей электроэнергетики; и преимущества в использовании осциллографа, а не мультиметра, при таких измерениях весьма значительны. Измерительная система должна быть способной фиксировать гармоники до 50-го порядка. Частота электросети составляет обычно 50 или 60 Гц, хотя в некоторых военных и авиационных системах она может быть и 400 Гц.
Выполнить гармонический анализ так же просто, как и измерения обычного сигнала. Поскольку в этом случае сигнал является регулярным и периодическим, то не составит труда осуществить его синхронизацию и отобразить на дисплее. Чтобы получить хорошее разрешение по частоте, необходимо отобразить, по крайней мере, пять периодов сигнала; масштаб вертикальной шкалы должен быть установлен таким образом, чтобы сигнал занимал как можно больше вертикальных делений на экране и оптимизировать динамический диапазон осциллографа.

Рис. 6. Гармонический анализ с помощью программного средства DPOxPWR

На рисунке 6 показаны результаты гармонического анализа тока источника питания. В меню дисплея осциллографа можно выбрать измерение определенной гармоники. В данном примере выбрана пятая гармоника.

Качество электропитания

Качество электропитания не зависит лишь от производителя электроэнергии. Оно также зависит от источника питания и конечной пользовательской нагрузки. Показатель качества электропитания описывает «здоровье» источника питания и определяет влияние искажений, вызванных нелинейными нагрузками. Как показано на рисунке 7, программное средство осциллографа для измерения систем электропитания представляет результаты автоматического измерения в виде таблицы со следующими параметрами: VRMS и IRMS, амплитудные коэффициенты напряжения и тока, активная мощность, реактивная мощность, полная мощность и коэффициент мощности.

Рис. 7. Измерения показателей качества электропитания с помощью программного средства DPOxPWR

Анализ переключающих приборов

Импульсные источники питания с архитектурой SMPS (Switched Mode Power Supplies) превалируют сегодня на рынке. В них в качестве переключающих транзисторов используются MOSFET или IGBT. Эти транзисторы обладают малым временем переключения и способны выдерживать высоковольтные выбросы напряжения. В большинстве случаев переключающий транзистор определяет общие характеристики импульсного источника питания. Основными измеряемыми характеристиками для ключей являются: потери на переключение, область безопасной работы и скорость нарастания выходного сигнала.

Потери на переключение

Схемы переключения обычно потребляют основную часть мощности во времы переходного процесса из-за того, что паразитные элементы схемы не позволяют транзистору переключиться мгновенно. Затраты энергии в таких приборах, как MOSFET или IGBT, когда они переходят из выключенного состояния во включенное определяются как потери при включении. Аналогично, потери при выключении — это затраты энергии, когда переключающий транзистор переходит из включенного состояния в выключенное. Транзисторные схемы тратят энергию во время переключения из-за потерь в паразитных емкостях и индуктивностях, а также заряда, накопленного в диоде. Надлежащий анализ этих потерь является необходимым при измерениях характеристик источника питания и оценки его эффективности.
Измерения потерь на переключение осуществляются путем проведения нескольких законченных циклов (см. рис. 8).

Рис. 8. Измерения потерь на переключение IGBT с помощью программного средства DPOxPWR

Основной проблемой при измерениях потерь при включении и выключении транзисторов является то, что потери происходят за весьма короткий промежуток времени. Это требует очень точного согласования по времени сигналов напряжения и тока, минимизации смещений в измерительной системе и обеспечения динамического диапазона, достаточного для точного измерения напряжений и токов во включенном и выключенном состоянии. Смещения пробника должны быть обнулены, токовый пробник должен быть размагничен для исключения остаточного магнитного поля в трансформаторе, а сдвиг по фазе между каналами должен быть минимизирован.
Другой задачей является обеспечение широкого динамического диапазона, необходимого для корректных измерений потерь на переключение. При переключении из выключенного во включенное состояние напряжение на транзисторе изменяется весьма существенно, что затрудняет измерения этих состояний с достаточной точностью при однократном захвате данных. Есть три общепринятых способа определения более точных значений параметров.
– Измерение падения напряжения на переключающем транзисторе во время протекания тока через ключ. Поскольку это напряжение обычно очень мало по сравнению с падением напряжения на транзисторе в непроводящем состоянии, то обычно невозможно точно измерить оба напряжения при одинаковой вертикальной шкале осциллографа.
– Установление величины RDS(on) (для MOSFET) на основе спецификации на прибор. Эта величина представляет собой расчетное значение сопротивления канала между истоком и стоком транзистора в проводящем состоянии.
– Установление величины VCE(sat) (для BJT и IGBT) на основе спецификации на прибор. Эта величина представляет собой расчетное значение напряжения насыщения между коллектором и эмиттером транзистора в режиме насыщения.

Область безопасной работы

Область безопасной работы транзистора определяет условия, при которых прибор может работать без повреждений, в частности, предельное значение тока через транзистор при данном напряжении. При превышении этих предельных значений транзистор может выйти из строя. Определение области безопасной работы является графическим методом, который учитывает предельные параметры транзистора, такие как максимальное напряжение, максимальный ток и максимальная мощность, и гарантирует, что транзистор работает в специфицированных условиях.
В спецификациях производителей переключающих транзисторов приводятся предельные значения параметров. Целью измерений является подтверждение того, что прибор работает в допустимых условиях эксплуатации у конечного пользователя. Тестовые показатели области устойчивой работы могут включать различные условия нагрузки, значения рабочей температуры, высокое и низкое входное линейное напряжение и др.

Рис. 9. Использование маски при определении области безопасной работы транзистора с помощью программного средства DPOxPWR

Как показано на рисунке 9, при измерениях на осциллографе может быть создана определяемая пользователем маска, которая гарантирует, что напряжение, ток и мощность транзистора находятся в пределах допустимых значений. Нарушения этих предельных величин фиксируются программой как сбои в работе.

Скорость нарастания выходного сигнала

Для того чтобы убедиться, что переключающий прибор работает с максимальной эффективностью, необходимо измерить скорость нарастания выходного напряжения и тока для проверки соответствия специфицированным значениям. При определении скорости нарастания сигналов с помощью осциллографа можно использовать курсоры для удобства измерений и возможность выбора между вычислениями dv/dt и di/dt (см. рис. 10).

Рис. 10. Измерения скорости нарастания сигналов с помощью программного средства DPOxPWR

Выходной анализ

В идеальном случае выходное напряжение источника питания постоянного тока не должно содержать гармоники или другие шумовые компоненты. В реальности это невозможно. Для определения влияния помех во входном напряжении или нагрузки на выходное напряжение необходим выходной анализ. Такие измерения включают анализ модуляции и пульсаций.

Анализ модуляции

Измерения модуляционных эффектов с помощью осциллографа не составляет труда. На рисунке 11 изображен модулированный сигнал замкнутой токовой цепи источника питания. Модуляция имеет важное значение для управления замкнутой цепью в системах с обратной связью. Однако при определенных значениях модуляции замкнутая цепь может стать нестабильной.

Рис. 11. Анализ модуляции сигнала управления затвором IGBT при включении питания с помощью программного средства DPOxPWR

Красная линия на рисунке 11 соответствует математически вычисленному сигналу, показывающему тенденцию изменения ширины импульса сигнала управления затвором IGBT при запуске генератора источника питания. Поскольку вычисленный сигнал представляет собой значения измеренной ширины импульса (в единицах времени), то отклонения ширины импульса могут быть определены с помощью курсора. Вычисленные значения отражают тенденцию изменения модуляции захваченного сигнала. В данном случае эти значения отражают характеристику сигнала замкнутой цепи управления генератора в процессе его запуска. Такой анализ модуляции может быть также использован для исследования отклика сигнала замкнутой цепи управления источника питания на изменение входного напряжения («линейная стабилизация») или изменение нагрузки («стабилизация нагрузки»).

Пульсации — это переменное напряжение, наложенное на выходное постоянное напряжение источника питания. Они выражаются в процентах от номинального выходного напряжения или в В (напряжение полного размаха). В линейных источниках питания обычно наблюдаются пульсации, частота которых близка к удвоенной сетевой частоте (около 100 Гц), в то время как в импульсных источниках можно увидеть пульсации на частоте, близкой к рабочей частоте переключения — несколько сот килогерц.

Источник питания — неотъемлемая часть практически любого электронного устройства, питающегося как от электросети, так и от батарей, причем импульсный тип источника питания (SMPS) стал доминирующим во многих приложениях. Особенности функционирования одного импульсного источника питания или его отказ могут оказать влияние на работу целой сложной и дорогой системы.
Для того чтобы гарантировать надежность, стабильность, высокие характеристики, а также соответствие новым стандартам импульсных источников питания, разработчики должны выполнить комплекс измерений. Осциллографы со встроенным программным обеспечением для анализа систем питания существенно упрощают этот процесс.

О проверке импульсных цепей питания с помощью осциллографа

Для питания современной вычислительной техники в основном используют питающие напряжения +12, +5, +3.3 вольта (постоянный ток), формирующиеся блоком питания. Электронные компоненты, установленные на видеокартах, материнских платах часто требуют других номиналов питающих напряжений. Чаще всего вольтаж, необходимый для их работы, формируется путем понижения питающего напряжения до нужного значения.

При питании маломощных компонентов нет необходимости обеспечивать высокую эффективность работы схем преобразования входного питающего напряжения, так как потери мощности достаточно мизерные. В связи с этим маломощные узлы (например, микросхема флеш-памяти Bios) запитываются с помощью цепей прямо (линейно) преобразующих питающее напряжение до нужного номинала.

При питании мощных электронных компонентов, таких как процессор (видеоядро) и оперативная память, необходимо обеспечить высокую мощность от источника питания. Если величина потерь будет высокой (при низком КПД цепей питания), то будет происходит излишний нагрев устройства, а также расходоваться лишние средства на оплату электроэнергии.

Для обеспечения высокой эффективности работы питающих цепей большой мощности используются схемы, работающие в импульсном режиме. Это делается для сохранения компактных размеров устройств и увеличения КПД.

Пример использования ШИМ-преобразования напряжения в импульсном блоке питания:

В статье Как работает VRM материнских плат рассматривались некоторые особенности работы фаз питания, использующихся в современной вычислительной технике. В данной статье динамические процессы, происходящие в фазе питания, рассматриваются с другой точки зрения. Эти знания помогут не только при ремонте неисправных устройств, но и помогут осуществлять более осмысленную эксплуатацию компьютерной техники.

О работе фаз питания, работающих в импульсном режиме

В импульсных цепях фаз питания напряжение от блока питания используется не постоянно, а периодически, с помощью коммутации ключевыми транзисторами:

Благодаря этому на нагрузке появляется не все питающее напряжение, а лишь его часть. Это позволяет понижать вольтаж до нужного значения при сохранении достаточно высокого КПД.

При работе большинства импульсных цепей питания используются коммутационные ключи на мощных полевых транзисторах, управляемые микросхемой, формирующей управляющие импульсы широтно-импульсной модуляции (ШИМ), длительность которых меняется в зависимости от напряжения на выходе.

Чем больший вольтаж нужно получить на выходе — тем дольше должны быть открыты ключевые транзисторы, соответственно должен дольше длиться управляющий импульс:

Чем большая частота используется при работе, тем больше энергии накапливается в катушке индуктивности, что позволяет значительно уменьшить ее размеры. Слишком сильному увеличению частоты препятствует значительное увеличение реактивного сопротивления проводников на высоких частотах и другие сложности, присущие ВЧ-технике.

Сбалансированная работа схем импульсного преобразования требует использования ключевых транзисторов с наименьшим внутренним сопротивлением в момент рабочего цикла, задействования сглаживающих, фильтрующих (блокировочных) конденсаторов, использования цепей обратной связи и ряда других узлов/компонентов.

Уменьшение пульсаций (Ripple) осуществляется с помощью электролитических накопительных конденсаторов, а ВЧ-шумов (Noise) — с помощью блокировочных:

Использование некачественных электронных элементов, огрехи при сборке, перегрев, старение электронных компонентов иногда приводят к выходу из строя фаз питания. Так как через них проходят большие токи, то последствия от их выхода из строя могут привести к возгоранию, а также повлечь за собой другие компоненты, включая дорогостоящие процессор/память.

При поиске неисправностей фаз питания нужно понимать пути прохождения тока через их ключевые транзисторы, а также его величину. Полную картину процессов, происходящих в фазах питания невозможно получить без осциллографа.

Проверка напряжения и тока на выходе импульсного источника питания на наличие пульсаций и шума с помощью двухканального осциллографа:

При изучении конкретной схемы нужно понимать, как проходят токи, напряжения и управляющий сигнал на фазе питания.

Как проходят токи через транзисторы верхнего и нижнего плеча фаз питания?

Фаза питания импульсных источников питания работает в два цикла, при которых ток проходит поочередно через транзистор(-ы) верхнего и нижнего плеча.

Упрощенная схема фазы питания с двумя полевыми транзисторами:

При открытом верхнем ключе (первый цикл работы, ключевой транзистор нижнего плеча при этом закрыт) ток проходит по цепи: плюсовой вывод источника питания (в данном случае +12 вольт) — транзистор верхнего ключа T1 — катушка индуктивности L — нагрузка Rн — общий провод (минус от источника питания).

На протяжении второго цикла работы открывается нижний ключевой транзистор T2 (верхний закрывается), а ток проходит по цепи: накопительная катушка индуктивности L — нагрузка Rн — транзистор нижнего ключа T2 — катушка индуктивности L.

Во время второго цикла работы источником энергии является дроссель (катушка индуктивности L), отдающий электричество, накопленное во время первого цикла.

Сглаживание пульсаций на выходе фазы питания происходит за счет накопления электрической энергии в LC-элементах (конденсатор С на схеме выше).

Визуализация прохождения тока в динамике есть в ролике Ток через нижнее и верхнее плечо шим контроллера на Youtube.

Для согласования работы различных электронных элементов, обеспечения стабильности выходного напряжения, защиты, контроля и управления используются дополнительные компоненты.

Как правило, в фазах питания видеокарт и материнских плат используется по два мощных транзистора нижнего плеча и один — в верхнем плече. Это связано с тем, что ток, проходящий во время первого цикла работы значительно больше, чем при работе от накопительного дросселя. В связи с этим обычно используются более мощные транзисторы нижнего плеча, обычно работающие параллельно, что увеличивает допустимый рабочий ток и снижает сопротивление сток-исток (Rds) во время рабочего цикла (в открытом состоянии).

Транзисторы верхнего ключа пропускают меньший ток, но должны работать с большей частотой. Поэтому для них более важна скорость открытия td(on) и закрытия td(off), чем допустимый ток.

Проверка работоспособности транзисторов фаз питания рассматривается в статьях О проверке полевых транзисторов импульсных цепей питания, а также Устранение проблем с запуском материнской платы. Для проверки работы фаз питания в динамике нужно использовать осциллограф.

Проверка напряжений и токов в цепи с помощью осциллографа

Проверка бросков (пускового) тока (inrush current) осциллографом может осуществляться на токовом резисторе (шунте) и с помощью токового щупа.

Изучение формы тока в цепи с помощью токового шунта:

Для проверки сдвига фаз между током и напряжением в электрической цепи нужно использовать двухканальный осциллограф.

Пример проверки работы транзистора фазы питания с помощью двухканального осциллографа:

На приведенной выше схеме производится одновременное измерение формы напряжения и тока на выходе полевого транзистора. Для изучения напряжения минус щупа (Diff Probe) подключается непосредственно к истоку (source), а плюс — к стоку (drain) ключевого MOSFET-транзистора. Щуп Current Probe (токовые клещи) второго канала показывает форму пульсирующего (перменного) тока в цепи.

Кроме токового щупа изучить форму тока в цепи можно путем подключения второго канала осциллографа к токовому резистору Rт (шунту) в составе исследуемой цепи:

Для исследования сдвига фаз между током и напряжением на двухканальном осциллографе с использованием токового резистора используют следующую схему подключения:

В приведенной выше схеме первый канал измеряет напряжение на выходе источника питания, а второй — напряжение на токовом резисторе (сигнал на нем при изучении сдвига фаз нужно инвертировать из-за встречного включения относительно первого канала). Синхронизация прибора в данном случае осуществляется от первого канала, так как вольтаж U Rт значительно меньше напряжения на первом канале, что ухудшило бы условия работы прибора при использовании второго канала для синхронизации.

Чем больше сопротивление токового резистора, тем большее на нем падение напряжения. Таким образом, в цепях с невысоким вольтажом можно использовать резисторы высокого сопротивления, что обеспечит лучшую чувствительность при проведении измерений.

При проверке обязательно нужно обеспечить гальваническую развязку систем питания осциллографа и проверяемого устройства. Кроме того, при использовании двухканального осциллографа нужно исключить ситуации, когда в исследуемую схему щупами осциллографа (например, общим проводом разных каналов) вносятся изменения.

Правильное и неправильное подключение двухканального осциллографа (масса обеих каналов должна быть подключена к одной общей точке):

Проверка формы напряжения, которое формируется на выходе источника питания с помощью осциллографа:

Проверка работы ШИМ-контроллера

При проверке работы микросхемы ШИМ в первую очередь нужно проверить ее выходное сопротивление (между контактами GND и OUT) — как правило, оно должно быть очень большим, близким к бесконечности (при этом на измерения не должны оказывать влияние окружающие элементы). Если при исправном ключевом полевом транзисторе на выходе ШИМ-контроллера (не выпаянного из платы) малое сопротивление (ниже одного килоОма) — то микросхема пробита.

При выходе из строя силовых транзисторов, нужно проверять исправность не только микросхемы ШИМ-контроллера, но и ее обвязку, так как элементы выходных цепей часто оказываются неисправными при пробоях MOSFET-ов.

Правильно работающий ШИМ-контроллер при импульсном преобразовании напряжения должен формировать сигнал управления, имеющий одинаковую периодически изменяющуюся форму. Этот сигнал через драйверы попеременно открывает и закрывает ключевые полевые транзисторы верхнего и нижнего плеча каждой фазы питания. Обычный мультиметр не может корректно отображать сигнал на ШИМ-контроллере, так как он имеет слишком высокую частоту. Поэтому для изучения сигнала, формируемого ШИМ-контроллером нужно использовать осциллограф, который фактически является вольтметром с продвинутыми функциями.

При проверке ШИМ-контроллера можно использовать следующую последовательность действий:

• подать на ШИМ-микросхему проверяемого устройства от внешнего источника питания (лабораторного блока питания) необходимое ей питающее напряжение с ограничением тока;
• проверить референсное напряжение на выводе VREF, оно должно соответствовать номиналу (согласно даташиту);
• проверить стабильность референсного напряжения при изменениях питающего напряжения от лабораторного источника питания в пределах, соответствующих Datasheet;
• осциллографом проверить сигнал на выходе частотозадающей цепи ШИМ-контроллера, которое должно оставаться в пределах нормы даже при изменениях питающего напряжения в заданных пределах;
• проверить на осциллографе импульсы, идущие на ключевой транзистор фаз питания с выхода PWM-контроллера.

Вам также может понравиться

Видеоускорители AMD Radeon Pro W6600 и Radeon RX6600 в майнинге

О сигнале Power Good (PWR_OK) в ATX блоках питания

Как одним движением сжечь 10000$ и получить удар током

Представим себе в сущности довольно-таки заурядную ситуацию: у вас сломался сетевой источник питания. Вы берете в руки мультиметр и измеряете напряжение на входе и выходе источника. На входе у вас честные 230 В переменного тока из розетки, а на выходе по нулям. Вы знаете, что ваш источник питания – импульсный, и вы в курсе про то, что транзисторами источника управляет ШИМ-контроллер, который очень легко идентифицируется на плате.
На столе у вас стоит новенький осциллограф Tektronix DPO 7254 или какой-нибудь LeCroy WavePro 7300A ценою более 10000$, и вы решаете посмотреть с его помощью сигналы ШИМ-контроллера, чтобы диагностировать его исправность или неисправность. На щупе осциллографа написано, что его максимально допустимое напряжение равно 1000 В, это с хорошим запасом больше напряжения в розетке. Непосредственно на самом осциллографе рядом с разъемами для подключения щупов написана цифра 400 V, кроме того, у вас щуп с делителем 1:100, что тоже вселяет уверенность, что все будет в порядке. Вы включаете осциллограф и пробуете подключить его щуп к плате источника питания, однако, как только вы касаетесь щупом осциллографа платы источника питания, проскакивает искра и раздается громкий ба-бах. Экран вашего новенького осциллографа безжизненно потухает, сам осциллограф не реагирует ни на какие кнопки, а комнату заполняет характерный запах сгоревшей электроники. Что же произошло? Почему сгорел осциллограф и как такого избежать? Обо всем этом читайте под катом.

Отказ от ответственности

В данной статье затрагиваются вопросы, касающиеся сетевого напряжения, которое может представлять угрозу жизни и здоровью человека, а также работоспособности приборов. Вся информация в этой статье представлена исключительно в ознакомительных целях. Вы используете указанную информацию на свой страх и риск. Автор ни в коем случае не несет ответственности за какой-либо прямой, непрямой, особый или иной косвенный ущерб в результате любого использования информации из данной статьи.

Структура источника питания

В данном разделе, конечно, мы не будем подробно рассматривать устройство импульсных преобразователей, это тема для целой серии статей. Мы рассмотрим этот вопрос в минимальном объеме, необходимом для понимания темы статьи. Итак, на рисунке ниже приведена по сути структурная схема простейшего обратноходового преобразователя. Обратноходовый преобразователь здесь выбран исключительно для примера, совершенно не важно, какая топология источника питания (прямоходовый, мост, полумост, пуш-пул или вообще балластный конденсатор), все сказанное верно для любой из них.

В ней не показаны фильтры синфазных и дифференциальных помех, цепи защиты и некоторые другие компоненты, однако для рассмотрения нашего вопроса это и не нужно. На схеме мы видим диодный мост, к которому подводится сетевое напряжение, микросхему ШИМ-контроллера, объединенную с силовым транзистором, трансформатор и цепь обратной связи. Сетевое напряжение выпрямляется диодным мостом: плюс подводится к трансформатору и коммутируется силовым транзистором, а минус образует потенциал локальной (силовой) земли. Относительного этого потенциала питается ШИМ-контроллер, измеряется напряжение обратной связи, а также относительно него подаются управляющие напряжения на затворы силового транзистора (который в данной схеме находится внутри контроллера). Если мы хотим измерить какое-то напряжение на первичной стороне, это тоже надо делать относительного этого потенциала. В общем, классический такой GND, за исключение одного нюанса: он гальванически не развязан от сети (имеет прямую связь с фазой и нейтралью через пару диодов). И вот именно этот нюанс и является решающим, однако об этом позднее.

Структура осциллографа

В данном разделе будет рассмотрен вопрос, касающейся гальванической связи как между непосредственно самими каналами осциллографа, так и между каналами осциллографа и линией заземления. Существует два типа осциллографов: с изолированными каналами и без такой изоляции. Осциллографы с изолированными каналами – довольно редкий вид приборов, и этот факт будет обязательно подчеркнут в описании устройства. Если вы никогда не задумывались о том, есть ли у вашего осциллографа такая изоляция, то, скорее всего, ее нет. Что это значит на практике? Это значит, что сопротивление между земляным хвостом щупа осциллографа и земляным выводом в сетевой розетке 230 В близко к нулю. Для лучшего понимания, этот факт продемонстрирован на рисунке ниже.

На данном рисунке показано измерение сопротивление между земляным хвостом щупа осциллографа и земляным контактом шнура питания осицллографа. Как видим, величина сопротивления очень мала и составляет всего 2,18 Ома. В реальности она еще меньше, потому что здесь не учитывалось сопротивление самих щупов мультиметра, которое может быть более 1 Ома.

Итак, сделаем важный вывод: у осциллографа земляной хвост щупа соединен с земляным контактом розетки и через нее заземлен в электрическом щитке.

Структура бытовой сети 230 В

Наиболее полное описание структуры сети 230 В, конечно, лучше найти в какой-нибудь литературе по теории электрических цепей, прочитав раздел про трехфазные цепи. В рамках данной статьи будет представлена только очень маленькая часть этого курса, имеющая непосредственное отношение к нашей проблеме.

В обычную бытовую розетку приходит как правило 3 провода: фаза, нейтраль и заземление. В старых домах советской постройки третьего провода (заземления) может и не быть. Провод заземления в общем-то соответствует своему названию: в конечном итоге он переходит в шину (контур заземления), которая закапывается глубоко в землю где-нибудь под зданием или в непосредственной близости от него (разумеется, не просто абы как, а в соответствии с определенными правилами). Этот провод предназначен для защиты человека от возможного поражения электрическим током: в случае нештатной ситуации, например, попадания напряжения на корпус прибора, ток начинает идти по проводу заземления, что приводит к срабатыванию защитной автоматики и отключению напряжения.

Нейтраль по сути своей очень близка к заземлению. Если вы внимательно рассмотрите линию электропередач в сельской местности, то заметите, что нейтральный проводник заземляется на каждой опоре.

Кроме того, нейтральный проводник заземлен также и на подстанции (здесь есть свои нюансы, но в быту обычно это так, схемы с изолированной нейтралью мы не рассматриваем).

В идеальном мире сопротивление между проводом заземления и нейтралью в розетке равно нулю, и они имеют абсолютно одинаковый потенциал. В реальном мире сопротивление проводников вносит свои коррективы и между нейтралью и заземлением имеется сопротивление порядка единиц-десятков Ом. Запомним этот факт, он пригодится нам в дальнейшем.

Фазный проводник – это непосредственно сам «рабочий» проводник, который формирует синусоиду относительно нейтрали. Синусоида в бытовой розетке имеет амплитуду порядка 325 В и колеблется в плюс и в минус относительно нейтрального проводника. Таким образом, при положительной полуволне синусоиды ток течет из фазного проводника в нейтральный, а при отрицательной полуволне наоборот – ток течет из нейтрального проводника в фазный.

Что происходит при подключении осциллографа?

Итак, сведем в кучку выводы по предыдущим разделам статьи:

1. В сетевом импульсном источнике питания цепь локальной (силовой) земли связана с нейтралью и фазой через диоды.
2. У осциллографа земляной хвост щупа соединен внутри него с земляным контактом розетки.
3. Сопротивление между нейтралью и заземлением в сети мало и составляет единицы-десятки Ом.
4. При положительной полуволне синусоиды ток течет из фазного проводника в нейтральный, а при отрицательной полуволне – из нейтрального в фазный.

Для начала давайте посмотрим, как ведет себя схема без подключенного осциллографа. На рисунке ниже приведены результаты моделирования такой схемы (картинка кликабельна).

Сопротивление R1 в данном случае – это сопротивление нагрузки. Я выбрал его равным 100 кОм. Можно взять любое другое, в данном случае его величина не принципиальна. Сопротивление R2 – это сопротивление между нейтральным и проводником и заземлением. Я выбрал его равным 10 Ом. Амплитудное напряжение между фазой и нейтралью составляет 325 В, что соответствует действующему значению напряжения в 230 В, сигнал показан на зеленом графике.

Как видно из графиков тока, он нигде не превышает величины нескольких миллиампер и вся система чувствует себя хорошо.

А что будет, если подключить к такой цепи осциллограф? Результат показан на рисунке ниже (картинка кликабельна).

Как видим, в модель добавился резистор R3 с сопротивлением 2 Ома. Этот резистор соответствует сопротивлению между земляным хвостом щупа осциллографа и контактом заземления шнура питания осциллографа. Чуть выше мы проводили измерение этого параметра и получили величину равную порядка 2 Ом. Этот резистор подключен к локальной силовой земле PGND: именно к этой цепи вы скорее всего и подключите землю осциллографа, если захотите произвести измерения на первичной стороне источника питания. Но как же ведет себя при этом ток? А он вырастает до катастрофических величин. Величина тока в нашей модели составляет более 25 А! В данном случае ток ограничен величиной сопротивления между нейтралью и заземлением, внутренним сопротивлением диодного моста, а также величиной сопротивления всех проводов. И этот ток протекает, помимо всего прочего, через резистор R3, т.е. через щуп осциллографа и через его внутренние цепи. 25 А через внутренние цепи осциллографа гарантированно выжгут внутри все, что возможно, не факт даже, что уцелеет сама печатная плата. Таким образом, данная картинка весьма наглядно показывает, что будет с прибором, если вот так просто попытаться измерить сигналы на не отвязанном от сети источнике.

Если чуть проанализировать результаты выше, то становится понятным, что смертельным для осциллографа оказывается отрицательная полуволна синусоиды в розетке. Отрицательная полуволна создает в точке между диодами D1 и D3 отрицательный потенциал. К точке PGND оказывается приложен нулевой потенциал (GND) через хвост щупа осциллографа, который соединен внутри него с землей розетки. Таким образом, у нас образуется разность потенциалов, причем диод D1 оказывается включенным в прямой полярности, что и приводит к резкому росту тока. Все вышесказанное наглядно проиллюстрировано на рисунке ниже.

А как же УЗО?

Действительно, при подключении земляного хвоста осциллографа к локальной (силовой) земле на стороне сетевого напряжения возникает дисбаланс токов и это должно отрабатываться УЗО. Возможно, оно и спасет цепи осциллографа от полного выгорания, однако, увы, УЗО срабатывает отнюдь не мгновенно, время его реакции составляет десятки миллисекунд. За это время вполне успеет проскочить хотя бы одна полуволна синусоиды сетевого напряжения, которая если не выжжет прибор совсем, скорее всего, все равно повредит чувствительные входные цепи осциллографа. Кроме того, в электрическом щитке УЗО присутствует далеко не всегда. Поэтому, не смотря на то, что УЗО, безусловно, полезный компонент электропроводки, в данном случае неразумно полагаться на защиту прибора с его помощью. Но как же быть, если все-таки необходимо посмотреть какие-то сигналы у прибора, работающего от сети 230 В? На самом деле, есть несколько способов, как это можно сделать относительно безопасно, об этом в следующем разделе

Как посмотреть сигналы на стороне сетевого напряжения и не спалить приборы?

1. Использовать осциллограф с гальванически развязанными каналами

У осциллографа с гальванически развязанными каналами все каналы имеют изоляцию как друг относительно друга, так и относительно земли. Таким образом, при подключении прибора к схеме, у нас не будет образовано контура, через который может произойти короткое замыкание и выгорание схемы. Однако будьте все равно предельно внимательны, даже если у вас осциллограф с развязанными каналами. Внимательно изучите документацию на свой прибор и обратите внимание на конкретные цифры по максимально допустимому напряжению относительно земли. Если вы будете анализировать сигналы на стороне сетевого напряжения, то, скорее всего, вам понадобятся специальные высоковольтные щупы, которые позволяют проводить измерения под большим потенциалом. Использование осциллографа с развязанными каналами имеет один большой недостаток – цена. Такие осциллографы заметно дороже осциллографов с аналогичными характеристиками, земли каналов которых соединены на общем шасси. Кроме того, модельный ряд таких осциллографов довольно-таки скудный, по сравнению с классическими осциллографами, конечно же. В общем, если у вас есть осциллограф с изолированными каналами и вы умеете с ним работать, скорее всего, вы мало что нового узнали из этой статьи.

2. Использовать дифференциальный пробник

Если у вас нет осциллографа с гальванически развязанными каналами, но есть обычный, то можно развязать какой-либо его канал с использованием специального устройства, которое называется дифференциальный пробник. Пример такого устройства приведен на рисунке ниже.

С помощью данного устройства возможно относительно безопасно смотреть сигналы на стороне сетевого напряжения. Существует достаточно большое число видов подобных устройств на разные входные напряжения и частот с разными коэффициентами деления входного напряжения. Как правило это активные устройства, требующие дополнительного питания, например, устройство с рисунка выше требует адаптер 9 В. Цена подобных устройств обычно тоже не очень демократична и составляет десятки, а иногда и сотни тысяч рублей (по курсу на момент написания статьи).

3. Использовать развязывающий трансформатор

Вполне рабочий способ защитить осциллограф и посмотреть при этом сигналы на стороне сетевого напряжения – использование развязывающего трансформатора с коэффициентом трансформации 1:1 (т.е. величина напряжения на выходе трансформатора равна величине напряжения на его входе). Через такой трансформатор необходимо подключить объект исследования (например, все тот же анализируемый нами источник питания). Поясняющий рисунок с результатами моделирования приведен ниже (картинка кликабельна).

Как видим, не смотря на то, что к схеме точно таким же образом подключен заземленный хвост щупа осциллографа, на графиках тока нет никаких запредельных величин. Ток через внутренности осциллографа (через сопротивление R3) равен нулю, а амплитуда тока источника питания и нагрузки составляет несколько миллиампер, как было у нас при не подключенном осциллографе. Это происходит потому, что теперь у нас земля PGND гальванически развязана от сетевого напряжения. Однако это вовсе не значит, что теперь все безопасно для человека: на выходе трансформатора по-прежнему 230 В действующего напряжения, которые могут представлять смертельную опасность.

При использовании развязывающего трансформатора помимо коэффициента трансформации необходимо также обязательно посмотреть на такой параметр, как максимально допустимая мощность. Очевидно, что потребляемая вашей нагрузкой мощность не должна превышать максимально допустимую мощность, на которую рассчитан трансформатор. Таким образом, этот способ вряд ли подойдет для анализа установок на несколько киловатт: габариты и масса требуемого трансформатора будут слишком велики.

4. Использовать лабораторный источник питания

Если ваш объект исследования – импульсный источник питания, то безопасно посмотреть его первичные цепи можно запитав его не от сети 230 В, а через лабораторный источник питания постоянного тока. Внутри такого источника питания всегда стоит трансформатор, таким образом достигается гальваническая развязка, и осциллограф можно безбоязненно подключать к анализируемой схеме. Поскольку на входе импульсного источника питания стоит выпрямитель, то для его работы нет большой разницы, подадите вы на вход синусоиду или же постоянное напряжение. Разумеется, величина этого постоянного напряжения должна соответствовать выпрямленному сетевому напряжению с каким-либо допуском. На прошлой работе в качестве такого источника питания мы использовали источник Б5-50, он изображен на рисунке ниже.

Он выглядит не очень современно, однако умеет выдавать на выходе напряжение до 300 В и неплохо подходит для отладки схем мощностью до пары сотен ватт.

Дополнительный очень жирный плюс использования лабораторного источника питания при отладке – вы можете выставить на источнике питания необходимое ограничение по току. Таким образом, даже если схема неисправна, у вас не будет громкого ба-баха и с большой долей вероятности ничего не сгорит. Такой подход несравнимо лучше всем известного включения схемы через лампочку накаливания. Единственное о чем стоит помнить – мощность лабораторного источника питания должна быть достаточной для организации питания исследуемой схемы.

5. Использовать розетку без заземления

Внимание! Данный способ относится к категории опасных, поэтому я не могу рекомендовать использовать его. Однако все-таки для полноты картины я должен про него рассказать, хотя бы для того, чтобы сообщить о возможных опасностях. Более того, бывает, что зачастую он оказывается единственным возможным способом посмотреть сигнал на стороне сетевого напряжения без привлечения какого-либо специального оборудования типа развязывающего трансформатора или осциллографа с изолированными каналами. Данный способ заключается в том, что осциллограф включается в розетку без клеммы заземления (см. рисунок ниже).

Таким образом разрушается контур протекания тока, однако это приводит к одной большой проблеме. Теперь земля осциллографа оказывается под смертельно опасным потенциалом. Это значит, что опасное для жизни напряжение будет присутствовать на всех BNC-разъемах осциллографа, на земляных хвостах всех подключенных щупов, а также, возможно, и на корпусах всех других приборов, включенных в ту же розетку (в случае, если в розетке все же есть контакты заземления, но к ней не подведен заземляющий провод). И если теперь одной рукой просто задеть коаксиальный разъем на корпусе осциллографа, а другой при этом, условно, схватиться за батарею… в общем, вы понимаете. Совершенно недопустимо использовать этот способ, если у вас осциллограф в металлическом корпусе. Если все-таки используете этот способ, то отключите все лишние щупы, а также другие провода (USB, RS-232 и др.), убедитесь, что в розетку включен только один осциллограф, выполните все подключения, настройте заранее все крутилки на осциллографе, убедитесь, что не заденете случайно BNC разъемы и только потом подавайте сетевое напряжение.

Тем не менее, при соблюдении всех мер предосторожностей, этот способ в целом рабочий. Под спойлером ниже приведена осциллограмма напряжения из розетки, снятая мной еще в студенческие годы как раз с использованием этого самого способа. Поскольку сетевое напряжение имеет размах, превышающий количество клеток на экране осицллографа, измерение происходило через резистивный делитель напряжения 1:5.

Напряжение в розетке

6. Использовать осциллограф с питанием от аккумуляторной батареи

Некоторые осциллографы могут работать от встроенных аккумуляторных батарей. Сетевой шнур при этом не подключается, соответственно, осциллограф оказывается не заземленным. По сути этот способ является полным аналогом предыдущего, только вместо розетки без заземления используется питание осциллографа от встроенной батареи. Этот способ абсолютно точно также опасен, как и предыдущий: на всех разъемах осциллографа будет присутствовать все тот же смертельно опасный потенциал, поэтому все меры безопасности, описанные в предыдущем пункте статьи, в равной степени справедливы и для этого способа.

7. Запитать управляющие микросхемы низким напряжением от лабораторного источника

Иногда бывают ситуации, когда для отладки не обязательно наличие высокого сетевого напряжения. В таком случае лучше просто запитать управляющие цепи с помощью низковольного лабораторного источника питания. Величина требуемого напряжения всегда прописана в документации на конкретные микросхемы (например, в случае исследования ШИМ-контроллера оно обычно не превышает 20 В). Сетевое напряжение 230 В при этом, само собой, не подается, поэтому можно абсолютно безопасно исследовать осциллографом импульсы на выходе контроллера, работу осциллятора, величину опорных напряжений и другие критические сигналы. Конечно, без наличия сетевого напряжения все проверить не получиться, но откровенно мертвый контроллер без проблем можно продиагностировать.

Общие рекомендации по работе с сетевым напряжением

1. При работе с сетевым напряжением всегда соблюдайте технику безопасности

Да, сто раз про это везде уже писали, но, тем не менее, почему-то часто то, как делать не надо, выясняется только на своей шкуре своем опыте. Не стоит лезть в приборы под напряжением во время работы, лучше выполните все подключения до включения питания. Не забывайте про накопительные конденсаторы: на их разряд нужно некоторое время, которое может стремиться к бесконечности (условно, конечно же), если разработчик не поставил разрядных резисторов.

2. Изучите инструкцию на ваш прибор

Конечно, жизнь слишком коротка, чтобы читать инструкции, поэтому их обычно открывают только когда что-то не работает или сломано. Но если вы работаете с сетевым напряжением, все-таки стоит заранее посмотреть, а какие, собственно, предельные цифры у вашего прибора. Небрежность в этом вопросе может стоить очень дорого.

3. Используйте недорогие приборы

Если вы исследуете сетевое напряжение, то отложите в сторону ваш крутой Tectronix DPO 7254 ценою в несколько миллионов и возьмите какой-нибудь Наntек DSO 5102 за пару десятков тысяч рублей. На стороне сетевого напряжения вам не нужны гигасемплы и крутая математика, зато если что-то пойдет не так, ошибка не будет стоить настолько дорого.

4. По возможности всегда работайте с гальванической развязкой от сети

Из-за несоблюдения этого правила в этом мире погорело уже куча электроники. В моей практике был случай, который стоил мне ноутбука и JTAG-отладчика. Я проводил отладку одного устройства и вроде бы ничего не предвещало беды. Устройство имело металлический корпус и на корпусе была установлена неоновая лампочка, которая светилась от сети 230 В. Корпус, естественно, был заземлен. Сама плата с микроконтроллером была запитана от отдельного изолированного источника питания. И в один прекрасный момент эта лампочка пробилась на корпус устройства. В этот момент к плате был подключен JTAG-отладчик, который был воткнут в ноутбук. Ноутбук же в свою очередь был включен в розетку с заземлением. Таким образом, ток пошел по цепочке «неоновая лампочка – корпус – плата – JTAG-отладчик – ноутбук – источник питания ноутбука – заземление». Разумеется, ноутбук и программатор при этом выгорели без возможности восстановления. Этого можно было бы избежать, если бы применялся JTAG-отладчик с гальванической развязкой. Ну и использовать топовый MacBook Pro в качестве рабочей машины при отладке силовой электроники, конечно же, тоже не стоит (см. предыдущий пункт).

Заключение

Описанные в статье вещи могут показаться простыми, очевидными и лежащими на поверхности. Тем не менее, к сожалению, мне лично не раз доводилось наблюдать сгоревшие по обозначенной причине осциллографы, причем не у зеленых джунов, а у разработчиков, которые не первый год в индустрии. Если эта статья позволит уберечь от этого хотя бы один осциллограф, то я уже буду считать, что написал ее не зря.

FNIRSI-1C15. Замер пульсации блока питания. Форма напряжения на выходе диммера.

В этом видео я покажу, как при помощи портативного осциллографа FNIRSI-1C15 замерять пульсации выходного напряжения блока питания. Для примера я взял ранее мной доработанный блок питания от смарт приставки x96 mini. А так же посмотрим форму напряжения на выходе сетевого регулятора мощности, который собран на основе диммера, купленного на AliExpress.

1% это 50 mV вроде как,500 mV пульсации это более чем запредельно!

Данный регулятор мощности разве что использовать можно к примитивному нерегулируемому паяльнику для понижения мощности и соответственно температуры

Прикол в том что по точно такие же диммеры стоят в кнопках ручных дрелей перфораторов и.т.д. регулятор мощности старых пылесосов тоже по этой же схеме собран. Банальный симистр, динистр, пара резисторов и конденсаторов и при это вполне себе отлично работает. В своё время эта информация для меня тоже стала откровением, до этого думал что максимум что можно этим питать это лампы и паяльники.

Зачем измерять напяжение мультиком? В ослике же есть РМС)) или как там он называется. выставь галочки.

Автор, ну ты даешь. Двигатель нормально будет работать. Семмистор просто вырезал из синусоиды часть полезной работы, но переменная осталась и катушки будут ее получать, просто доза уменьшилась. Он как раз больше для двигателей и используется, а не для лампочек). Его нельзя подключать к импульсной нагрузке, где стоят преобразователи, которые требуют полного и своевременного наполнения входной банки.

А так разве можно делать? Там же щуп до 600в а осциллограф до 400 всего а амплитудное значение до 650в может быть. Можно ли измерять в розетке напряжение на делителе щупа 10x? Или лучше взять щуп p4100 на 100x?

Я в болгарку встроил диммер. Вместо радиатора естественный обдув. Работает прекрасно. Шлифовка чистка резка. С практикои выбираеш мощность и обороты к прилагаемому усилию. Ркчка регулятора под рукои очень удобно. И щадящий режим пуска — щестеренки не изнашиваются от резкого включения.

Здравствуй.А что будет если щуп и параметры не выставить в 10х.И можно без дампочки подсоединиться к 220 как мультиметром?

Диммер обрезает синусоиду, в этом и состоит его работа.

Что значит луч убежит далеко при измерении в режиме постоянного тока? Для чего дали кнопки изменения развёртки и кнопку Auto?

Товарищ автор, 10% пульсации это очень плохо. Хорошим числом считается 1% (в зарядных устрйоствах). В лед лампочках пульсации нивелируются высокой частотой и почти все они условно допустимы (низких пульсаций трудно достичь из-за ограниченных размеров лампочек, туда не влезет крупный дроссель, а дорогие микросхемы, выдающие мало пульсаций, почти нигде не используют). Вот видео, посмотрите, сколько там пульсации для примера 🙂 /watch?v=YO6d6vwP4T4

Довольно странное утверждение что данный диммер нельзя подключать к двигателям. Такие диммеры (по такой-же схеме) с завода работают в пылесосах.
У меня шлифмашинка работает с этим диммером.

Еще раз спасибо!

До 5% допуск пульсации от измеряемого напряжения

Ребята ! Обзорщик! Прошу читать сначала документацию хотяб , а потом рассказывать о работе димиров! Димер смещает полупериод и снижает скважность! Но ни как и не когда не искажает форму ! Просто нечем!
Это как кран с водой ! При прикрытии он уменьшает поток струи, но не меняет её��

у комментаторов только один тип двигателей есть? что у всех работает от димера. Открою тайну их, типов, много. Можете почитать книжки. А коллекторный еще и от постоянки отлично работает и от переменки и с димером великолепно, жуть просто. А есть вот ну не работают хорошо от димера, крутятся но работой это не назвать. И трансформатор можно фазовым методом регулировать, но опять нюанс есть, они тоже разные есть.

и транс и двигатель будут вполне работать, регуляторы оборотов в эл.инструментах на них и собраны, и на диммере зарядки для акб делают, перед трансом ставят, очень полезная штука, и проще некуда

В мене dso2515g. Сама гірша з ними проблема, це коли, наприклад, подаєш сигнал з генератора 10кгц і збільшуєш часову розгортку, то сигнал перетворюється в сплошну лінію і пропадає взагалі. В залежності від частоти сигналу, часова розгортка на якій він пропадає теж інша. Так можна не побачити сигналу, якщо ти не на тій часовій розгортці!

Якщо братись за два кінці де різниця потенціалів >

/=50v і більше, то струмом посіпає і в кінець йопне.
А якщо буде

220/380 v вольт, та торкнутись за один кінець і при умові що інший кінець не підключен і суха ізольована подошва, то струмом не йопне навіть якщо потенціал дорівнює 220 v.

Если жизнь без проблем пульсаций

Нахрена эта китайская игрушка

Электроинструменты на таком работают спокойно. Что я делаю не так?

Осциллограф сильно врёт (занижает) при измерении напряжения?

Двигатель с таким регулятором отлично работает. Осциллограф не показал ничего ужасного, обычная ШИМ.

Смотрю Ютуб и поражаюсь, все помещались на пульсациях, скоро везде искать будут. Не пойму как раньше жили

Ослик хороший, но на низких частотах (<7Гц) врет безбожно. Даже предыдущий fnirsi pro на них работает на порядок лучше. М.б. исправят прошивкой (если дождемся)

Насчет целесообразности доработки блока питания, не чего не скажу(я уже и не помню что вы там меняли в нем, по моему конденсатор на выходе и еще что то) димир получился прикольный, но скажу одно если смотрели мой ролик по ремонту платы управления холодильника Samsung так вот после замены конденсаторов глюки все пропали и тьфю тьфу тьфу работает как часы, все смотрю смотрю на этот осциллограф FNIRSI-1C15 и ему подобные и вот думаю надо бы наверное и себе бы что то подобное прикупить но если бы не эти смутные времена с этой короной итд. я бы себе прикупил бы что нибудь!