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無線電子工学および電気工学の百科事典 デジタル蛍光体オシロスコープ。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
電力回路の測定に最適なツール 近年、電源回路の電力測定を必要とする設計開発の数が著しく増加しています。 さらに、これらの回路における「電力測定」の概念自体も大幅に変化しました。 その理由は、スイッチング電源が広く使用されていることです。スイッチング電源は、コンピュータや多くの家庭用電化製品を含むほとんどの最新の電子機器に不可欠な部分となっています。 比較的最近まで、電源設計者は、開発したブロックが所定のリップル レベルで必要な電圧と電流を供給していることを確認することのみを求められていました。 今日、開発者のタスクはさらに複雑になっています。 現在、設計者は、特に、スイッチング電源によって電力ネットワーク内で生成される干渉の電力レベルと高調波構成に関する完全な情報を提供する義務があります。 彼が開発するデバイスのこれらのパラメータは、電力ネットワークの電力品質に関する国内および国際規格 (たとえば、米国規格 IEEE 519-1992) の要件に準拠する必要があります。 開発したデバイスがこれらの規格に準拠しているかどうかを適切にチェックするには、設計者は高速スイッチングトランジスタの出力信号、電圧ノイズ、瞬時電力特性などを測定できなければなりません。 このような測定は、新しいクラスのユニバーサル オシロスコープであるデジタル フォスファー オシロスコープ (DPO - デジタル フォスファー オシロスコープ) によって大幅に簡素化できます。 これらの機器は、電力変化のリアルタイム表示、高度なトリガ機能、幅広いプローブ（パッシブおよびアクティブ、電流、差動）を操作するためのインテリジェント インターフェイスなど、電力測定に必要なすべてを提供します。 一部の DLO には、信号の高調波解析を大幅に簡素化する FFT (高速フーリエ変換) モジュールが組み込まれています。 アナログよりいい、デジタルよりいい… 電源の特性を研究する際に発生するタスクは非常に複雑になっているため、アナログ リアルタイム オシロスコープ (RTOS) やデジタル ストレージ オシロスコープ (DSO) は今日では十分に効果的ではありません。 DSO を使用すると、スイッチング電源 (UPS) で発生するプロセスを分析できます。 これらはかなり広い帯域幅、開発された同期システムを備えており、メモリに保存された信号（トランジェントなど）の詳細な分析を実行することができます。 ただし、シリアル DSO アーキテクチャの制限により、隣接する発火間の時間が十分に長いため、重要な信号の詳細が失われる可能性があります。 さらに、DSO はすべての信号の詳細を同じ強度で表示するため、情報の損失が避けられません。 AOVR に関しては、信号を完璧に表示し、素早い変更でも詳細に再現できます。 定義上、AODS は、特定の信号成分の発生頻度を反映して、画面上に画像の強度のグラデーションを提供します。 残念ながら、これらのオシロスコープは信号を保存しないため、複雑な測定を行ったり、DSO として信号を分析したりすることはできません。 このため、設計者は UPS の設計およびデバッグ時にこれらのデバイスの両方を使用する必要があります。 AOVR と DSO の利点を XNUMX つのデバイス (CLO) に組み合わせるという課題は、オシロスコープを構築するための新しいアーキテクチャの出現により解決されました。 これは、AODS の画像強度の固有の変化をデジタル的に模倣する「デジタル フォスファー」技術に基づいています。 言い換えれば、DSO を使用すると、開発者は AODS と同様に、たとえば変調信号とそのすべての詳細を画面上で確認できると同時に、DSO と同様にストレージ、測定、分析を行うことができます。 DLOによる瞬時電力測定 UPSを開発する場合、トランジスタパワースイッチ(TSK)の消費電力の瞬時値を知る必要があります。 このパラメータを知ることで、安価でありながらデバイスの信頼性の高い動作を保証する TSC (たとえば、図 1 の回路の強力な MOSFET) を選択することが可能になります。 瞬時電力測定手順には、対応する回路内のパルス電流の差動測定が含まれます。 ここでは、MOSFET のドレイン-ソース間電圧 (図 1 の V ds) に関心があり、このトランジスタの端子はいずれも共通線に接続されていないため、差動プローブの使用が必須です。 DSO は、他のほとんどのオシロスコープと同様、そのような「浮遊」高電圧を直接測定するように設計されていません。 TDS3000 オシロスコープの TekProbe レベル II DLO インターフェイスは、P5205 差動プローブと TCP202 電流プローブの両方をサポートし、広帯域幅にわたって非常に正確な瞬時電力測定を実現します。
このような測定を実行する前に、差動プローブと電流プローブのチャネルの遅延を等化する必要があります。 この手順を「デスキュー」と呼びます。 上記のプローブは、信号遅延が 2 ns の精度に一致していますが、他のプローブやそれらの組み合わせではそのような精度が提供されない可能性があるため、必ず「デスキュー」手順を実行する必要があります。 電圧と電流の測定間のわずかな時間差でも、瞬時電力値の測定に大きな誤差が生じる可能性があるため、これは非常に重要です。 他の最新のデジタル オシロスコープと同様に、DSO には、特に異なるプローブ間の遅延時間の差の値を保存するメモリがあります。 テスト信号に従ってDLCの助けを借りて測定され、DLCのメモリに記録されます。 ほとんどすべての DSO および DSO に備わっているオートセット機能を使用すると、オシロスコープ画面で初期画像パラメータを設定できます。 「デスキュー」手順の結果は自動的に考慮されます。 カラーLCD画面は複数の信号を同時に表示するのに非常に便利です。 たとえば、電圧、電流、電力の波形に異なる色を割り当てることができます。 この場合、TekProbe レベル II インテリジェント インターフェイスのおかげで、デジタル情報が正確に読み取られ、スケーリングされるため、結果をさらに解釈する必要はありません。 DSO (多くの DSO と同様) には、調査対象の信号を数学的に処理する機能があります。 したがって、たとえば、瞬時電力値に関する情報は、現在の電圧値と対応する電流値を「ポイントごとに」単純に乗算することによって取得されます。 図上。 図2は、電圧と電流の測定結果と瞬時電力の計算結果をDLC画面に表示したものです。
変調信号の調査 可変強度で情報を表示する DLC の機能により、UPS のトラブルシューティング、特に UPS 出力電圧調整回路における過度の信号変調深度の決定が大幅に容易になります。 変調が深すぎると UPS が不安定になることが知られています。 図上。 図 3 は、変調の頻度が低い領域では強度が低い UPS 出力電圧制御ループの信号を示しています。 DRO は、信号が最も頻繁に現れる画像領域の画像の強度を増加させます。これはアナログ オシロスコープに似ています。
DSO は信号取得速度が非常に高く、DSO より 50 倍以上速いため、このような信号を表示するのに最適です。 さらに、デジタル蛍光ディスプレイにより、変調された信号をリアルタイムで観察することができます。 一過性の研究 DLC を使用した一時的なプロセスの登録は非常に簡単です。 これは、エッジ トリガ機能を使用して、スロープ、レベル、リンク タイプ、およびトリガ遅延を設定します。 UPS がすでにシステムに統合されている場合は、調査中の UPS の「問題」波形をシステム内のテスト ポイントから取得した信号と同期させると便利です。 これにより、特にシステムと UPS の一時的なプロセスの同期を特定し、それらの関係を確立することができます。 もちろん、UPS の DC 出力電圧は「クリーン」で過渡現象がなくなければなりません。 「スクロール」として知られる情報の表示とピーク信号検出を組み合わせることで、DLC はゆっくりと変化する信号または DC 上の持続時間の短い過渡パルスを検出できます。 「スクロール」すると、レコーダーの動作に似て、画像が右から左へゆっくりと「スクロール」します。 ピーク検出器は、最小持続時間が最大 1 ns の信号内のスパイクを検出し、スイープ レートを変更して詳細に調査します。 高調波合成の研究 電源回路における信号の高調波成分の研究は、UPS を設計する際に非常に重要な作業です。 実際のところ、それらは電源ネットワークでの干渉、つまりUPSで動作するパルス信号からの奇数高調波を引き起こすということです。 さらに、複数のコンピュータなどのネットワークに接続すると、これらの干渉が合計され、結果として顕著なレベルに達する可能性があります。 これらのコンポーネント（干渉）は伝送線路や電源変圧器の発熱増加につながるため、最小限に抑える必要があります（たとえば、IEC 555 および IEC 10003-2 に従って）。 この問題を解決するには、ブロックを追加した CLO が適しています。 たとえば、TDS3000 には FFT モジュールを取り付けることができるため、オシロスコープは高調波歪みを測定するための優れたツールになります。 この場合、調査中の信号とそのスペクトル構成を同時に表示することが可能です。 FFT は、ライブ信号と保存された信号の両方を処理するために使用できます。 明らかに、このようなユニットを購入する方が、専用の高調波歪みアナライザーを購入するよりも費用対効果が高くなります。 さらに、これにより、開発者は新しい機器ではなく、すでによく知っているオシロスコープを使用できるようになります。 信号の高調波成分を測定する手順は、周期信号は過渡信号ではなく、繰り返されるパルスの周期的なシーケンスであるため、周期信号のパラメータの従来の測定ほど複雑ではありません。 良好な解析分解能を得るには、調査対象の信号の少なくとも 4 サイクルをオシロスコープ画面に表示する必要があります (図 XNUMX を参照)。
ユーザーは、線形または対数の垂直スケールと、FFT「ウィンドウ」のさまざまなオプション (長方形、ハミング、ハニング、ブラックマンハリス) を設定できます。 周期的な信号の場合は、ハミング ウィンドウが最適です。 線形スケーリングは電力測定で一般的に使用されます。 測定結果の文書化はデバイス設計において非常に重要です。 CLO (および CSO) はこのための十分な機会を提供しており、レポートの作成が大幅に容易になります。 特別な「ハード コピー」ボタンを使用すると、インクジェット プリンタまたはレーザー プリンタ (CLO の標準パラレル ポートに接続されている) で画像を印刷できます。 .BMP、.EPS、.TIF などのさまざまな形式でフロッピー ディスクに保存することもできます。 DSO: オシロスコープ技術のブレークスルー デジタル フォスファ オシロスコープは、アナログ機器とデジタル機器の最高の品質を兼ね備えているだけでなく、それらを大幅に上回っています。 これは、DSO のすべての利点 (データ ストレージから複雑な同期タイプまで) を備えていると同時に、AODS の特別な機能 (信号の変化に対する即時応答と可変輝度での信号の表示) も提供します。 後者はデジタル蛍光エミュレーションによって可能になりました。 Tektronix の新しい TDS3000 DSO シリーズは、最大 500 MHz の帯域幅を備えた 3,3 チャネルおよび XNUMX チャネル オシロスコープの XNUMX つのモデルで構成されており、コンパクトな設計、軽量 (XNUMX kg)、およびオプションとして自律型オシロスコープを備えています。電源。 著者: A.Matvienko、Tektronix 市場開発マネージャー、(095)494-51-58
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