Tối ưu hóa hiệu suất từ Tải điện tử DC của bạn

Một trong những bài kiểm tra quan trọng được sử dụng để đánh giá hệ thống nguồn là bài kiểm tra tải, nơi nguồn điện được cung cấp cho một tải kiểm tra trong khi hệ thống được giám sát. Có thể sử dụng một thứ đơn giản như một điện trở công suất lớn, nhưng các tải lớn hơn yêu cầu một thiết bị kiểm tra chính xác để đánh giá. Thiết bị tiêu chuẩn mà chúng tôi sử dụng trong điện tử là một tải điện tử DC, về cơ bản là một tải có thể lập trình để kiểm tra việc cung cấp điện DC từ một mạch.

Một tải DC có thể rất đơn giản, cơ bản chỉ tiêu thụ điện DC dựa trên các cài đặt tải. Một số tải DC có các tính năng nâng cao hơn hoặc có thể lập trình để mô phỏng các biến động, tăng công suất, hoặc cung cấp điện xung. Nếu bạn cần kiểm tra một hệ thống nguồn cho việc sử dụng thương mại, thì bạn nên tận dụng một số tính năng nhất định trên tải điện tử DC của mình. Dưới đây là cách thức hoạt động của các đơn vị này và một số bài kiểm tra bạn có thể thực hiện.

Tính năng trong một Tải Điện Tử DC

Tất cả các tải DC đều bao gồm một bộ tính năng cho phép thử nghiệm với các loại bộ điều chỉnh nguồn khác nhau. Các tính năng này bao gồm:

• Kiểm soát điện áp không đổi
• Kiểm soát dòng điện không đổi
• Kiểm soát công suất không đổi
• Kiểm soát điện trở không đổi

Mỗi chế độ hoạt động này được sử dụng để kiểm tra các phương pháp điều chỉnh khác nhau trong hệ thống nguồn. Dựa trên dữ liệu cung cấp trong các chế độ điều chỉnh khác nhau này, một dụng cụ tải điện tử DC có thể được sử dụng để đo lường hiệu suất chuyển đổi nguồn trực tiếp. Các hệ thống này cũng cung cấp một cách để kiểm tra các khía cạnh khác của hệ thống, như hành vi nhiệt và để điều tra nguồn gốc của EMI ở công suất cao.

BK Precision 8550 tải điện tử DC

Phương pháp Kiểm tra Tải DC

Khía cạnh đầu tiên để có được dữ liệu chính xác cho hiệu suất hệ thống nguồn của bạn là chọn phương pháp kiểm tra tải phù hợp. Bốn chế độ tải DC được đề cập ở trên được sử dụng cho các loại bộ điều chỉnh nguồn khác nhau; các chế độ này được tóm tắt dưới đây.

Tất cả những điều này giả định rằng tải được kết nối với một nguồn điện DC. Tải có thể được thay đổi giữa các giá trị DC, và thiết bị sẽ ghi nhận sự thay đổi miễn là tốc độ thay đổi đủ chậm.

Các bộ điều chỉnh công suất cao được thiết kế để cung cấp công suất cao là các bộ điều chỉnh chuyển mạch sử dụng phản hồi để điều chỉnh một điện áp đầu ra cụ thể. Với một tải điện tử DC, vòng điều khiển tại DC cũng có thể được kiểm tra, hoặc nhiễu có thể được tiêm vào và sử dụng để kiểm tra khả năng điều chỉnh của mạch. Tuy nhiên, các hệ thống số thực không hoạt động ở DC, chúng hoạt động ở AC. Các tải điện tử DC dành cho việc kiểm tra các mạch điều chỉnh này hoặc VRMs cần một tính năng khác cho phép kiểm tra loại này.

Phản ứng Nhanh

Một số tải DC sẽ có một tính năng nhanh chóng hoặc một tính năng chức năng bước cho phép đo phản ứng AC của một bộ điều chỉnh DC. Cơ bản, chức năng nhanh chóng sẽ bật cung cấp năng lượng cho mạch tải nội bộ trong một thời gian tăng rất ngắn, mô phỏng một chức năng bước trên đầu vào. Mạch điều chỉnh công suất rất nhanh chuyển từ cung cấp công suất thấp sang công suất cao, và mạch điều chỉnh và vòng phản hồi cần phải bù đắp cho sự thay đổi bước này trong công suất đầu ra. Phản ứng kết quả trong quá trình kiểm tra tải này có thể được đo lường, thường kết hợp với một thiết bị khác (một máy hiện sóng).

Bạn có thể học được gì từ một phép đo nhanh chóng với một tải DC? Có một số điều quan trọng có thể được kiểm tra:

• EMI đột ngột trong quá trình bước tải
• Dòng vào đột ngột trên mạch điều chỉnh đầu vào
• Sự sụt giảm điện áp đầu ra trên nguồn cung cấp điện áp trên
• Làm cho bộ điều chỉnh không ổn định hoặc dao động kéo dài
• Thời gian tăng lên công suất đầu ra đầy đủ sau bước tải

Tất cả những điều trên đều yêu cầu một oscilloscope, hoặc một máy phân tích phổ trong trường hợp của EMI dạng burst.

Chế độ và Quét Tạm thời

Thường thì, khi cố gắng mô phỏng một tải công suất cao trên một bộ điều chỉnh, chúng ta không chỉ muốn xem xét các sự kiện tạm thời đơn lẻ. Các bộ điều chỉnh trong một hệ thống thương mại có thể cần phải chịu đựng nhiều sự kiện tạm thời, một số trong số đó có thể xuất hiện một cách ngẫu nhiên. Hệ thống sau đó cần phải có khả năng bù đắp cho các sự kiện lớn đơn lẻ, cũng như các sự kiện ngẫu nhiên lặp lại, đôi khi thay đổi về độ trễ và cường độ.

Ví dụ, dòng tải điện tử Rigol DL3000 cho phép dòng liên tục của các xung và tăng dần qua danh sách các giá trị kiểm tra có thể. Sự chuyển đổi này cho phép mô phỏng các thay đổi tuần hoàn hoặc ngẫu nhiên trong tải và đưa việc kiểm tra gần hơn với những gì bạn có thể mong đợi trong một hệ thống thực tế.

Cấu hình chế độ tạm thời trong một tải DC. (Hình ảnh từ cấu hình Rigol DL3000)

Tải của Rigol được hiển thị ở trên, cũng như các tải khác, thậm chí có thể chồng lên tải các bước sóng reo. Điều này sẽ cần thiết để kiểm tra phản ứng vòng điều khiển trong một bộ điều chỉnh công suất hoặc VRM.

Điều đó không cho bạn biết phản ứng của mạch điều chỉnh và mạch in PDN của bạn đối với sự thay đổi trong tải. Đối với điều đó, bạn sẽ cần một bảng mạch kiểm tra với khả năng truy cập đầu dò và một đầu dò chuyên biệt có thể xử lý việc cung cấp năng lượng qua các băng thông rất rộng. Đo lường thời gian miền chuyên biệt này liên quan đến nhiều thiết bị và là điều mà tôi sẽ dành cho một bài viết trong tương lai.

Dù bạn cần xây dựng điện tử công suất đáng tin cậy hay hệ thống số tiên tiến, hãy sử dụng bộ tính năng thiết kế PCB đầy đủ và các công cụ CAD hàng đầu thế giới trong Altium Designer®. Để thực hiện sự hợp tác trong môi trường đa ngành nghề hiện nay, các công ty đổi mới đang sử dụng nền tảng Altium 365™ để dễ dàng chia sẻ dữ liệu thiết kế và đưa dự án vào sản xuất.

Chúng ta mới chỉ khám phá bề mặt của những gì có thể làm được với Altium Designer trên Altium 365. Bắt đầu dùng thử miễn phí Altium Designer + Altium 365 ngay hôm nay.