LƯU Ý ỨNG DỤNG

Đo lường và phân tích nguồn điện với phần mềm ứng dụng 4/5/6-PWR

Từ thiết bị điện tử cầm tay đến các hệ thống công nghiệp và năng lượng, các nhà thiết kế phải đánh giá hiệu suất trạng thái ổn định và các hành vi động như tổn thất chuyển mạch, độ ổn định vòng điều khiển và đáp ứng quá độ. Các công cụ dựa trên máy hiện sóng cho phép các kỹ sư đạt được các mục tiêu này bằng các kỹ thuật đo lường chính xác, có thể lặp lại, có thể thu nhận các mối quan hệ điện áp, dòng điện và công suất trên nhiều miền hoạt động.

Lưu ý ứng dụng này mô tả:

• Cách thiết lập các phép đo công suất chính xác, bao gồm bù trễ đầu dò, hiệu chỉnh độ lệch đầu dò và khử từ đầu dò dòng điện.
• Cách tối ưu hóa các thiết kế GaN và SiC mới nhất và thực hiện phân tích chuyển mạch trên bóng bán dẫn.
• Cách mô tả đặc tính cuộn cảm và máy biến áp để xác định độ ổn định và hiệu suất của bộ cấp nguồn, cũng như mô tả đặc tính đáp ứng tần số của vòng điều khiển bộ cấp nguồn.
• Cách đánh giá đầu ra của bộ cấp nguồn DC và thực hiện phân tích inverter ride-through.
• Mô tả về các que đo vi sai và dòng điện, bao gồm que đo cách ly IsoVu.

Các thiết bị được sử dụng trong ghi chú ứng dụng này là Máy hiện sóng tín hiệu hỗn hợp Tektronix 4, 5 và 6 Series B được trang bị phần mềm Phân tích và đo lường công suất nâng cao (Tùy chọn 4-PWR, 5-PWR hoặc 6-PWR). Các nền tảng này, khi kết hợp với các que đo điện áp và dòng điện phù hợp, cung cấp một môi trường đo lường nhất quán và có thể mở rộng cho nhiều ứng dụng điện tử công suất.

Giới thiệu

Các nhà thiết kế bộ cấp nguồn ngày nay đang đối mặt với áp lực ngày càng tăng trong việc đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng từ 90% trở lên. Xu hướng này được thúc đẩy bởi nhu cầu về thời lượng pin dài hơn trong các thiết bị điện tử cầm tay, Internet vạn vật và nhu cầu về các sản phẩm “xanh hơn” tiêu thụ ít năng lượng hơn. Nhiều thiết kế đang thay thế FET silicon và IGBT bằng các thiết bị chuyển mạch GaN hoặc SiC. Như mọi khi, áp lực về thời gian đưa ra thị trường tiếp tục thúc đẩy việc kiểm thử nhanh hơn (nhưng vẫn chính xác).

Các MSO 4, 5 và 6 Series với đầu vào FlexChannel^® và giao diện người dùng đồ họa cải tiến cho phép các nhà thiết kế kiểm tra nhiều điểm thử nghiệm cùng lúc, từ đó đẩy nhanh quá trình kiểm tra. Tùy chọn Đo lường và Phân tích Nguồn nâng cao (4-PWR, 5-PWR và 6-PWR) tự động hóa quá trình cài đặt cho các phép đo công suất chính và cung cấp các công cụ để đánh giá kết quả kiểm tra dựa trên các quy chuẩn và tiêu chuẩn trong thiết kế bộ cấp nguồn.

Ghi chú ứng dụng này cung cấp tổng quan về cách thực hiện các phép đo nguồn điện quan trọng bằng cách sử dụng máy hiện sóng MSO Tektronix 4, 5 hoặc 6 Series với phần mềm phân tích nguồn 4-PWR, 5-PWR hoặc 6-PWR.

Chuẩn bị cho các phép đo bộ cấp nguồn

Để thực hiện các phép đo chính xác, hệ thống đo lường công suất phải được thiết lập đúng cách để chụp chính xác các dạng sóng để phân tích và khắc phục sự cố. Các chủ đề quan trọng cần xem xét là:

• Loại bỏ độ lệch giữa các que đo điện áp và dòng điện
• Loại bỏ độ lệch que đo
• Khử từ cho que đo dòng điện của bạn

LOẠI BỎ ĐỘ LỆCH GIỮA CÁC ĐẦU DÒ ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG ĐIỆN

Để thực hiện các phép đo công suất bằng máy hiện sóng, cần đo điện áp trên và dòng điện qua thiết bị đang được kiểm tra. Tác vụ này yêu cầu hai que đo riêng biệt: que đo điện áp (thường là que đo vi sai điện áp cao) và que đo dòng điện. Mỗi que đo điện áp và dòng điện có độ trễ lan truyền đặc trưng riêng và các cạnh được tạo ra trong các dạng sóng này có lẽ sẽ không thẳng hàng. Sự khác biệt về độ trễ giữa que đo dòng điện và que đo điện áp, được gọi là độ lệch, gây ra các phép đo biên độ và thời gian không chính xác.

Vì độ lệch tạo ra độ trễ thời gian, nó có thể gây ra các phép đo không chính xác về sự khác biệt thời gian, pha và hệ số công suất. Nhiều hệ thống đo lường có thể “tự động hiệu chỉnh” độ trễ bên trong thiết bị, nhưng khi bạn thêm các que đo vào hệ thống của mình, bạn phải bù trừ cho sự khác biệt về bộ khuếch đại que đo và chiều dài cáp.

Các MSO 4, 5 hoặc 6 Series cho phép bạn bù cho sự chậm trễ từ đầu que đo đến hệ thống đo lường để đảm bảo bạn thực hiện các phép đo thời gian chính xác nhất. Bạn có thể điều chỉnh độ lệch thủ công các que đo bằng cách kết nối các que đo của mình với cùng một nguồn dạng sóng và thêm độ trễ vào đường dẫn tín hiệu của tín hiệu nhanh hơn. Điều này cho phép các tín hiệu được căn chỉnh theo thời gian mà không cần phải thực tế thêm chiều dài cáp vào cáp que đo ngắn hơn.

Hình 1. Bù độ lệch tĩnh giữa que đo điện áp vi sai và que đo dòng điện TRƯỚC Khi Điều chỉnh. Các que đo này có bộ nhớ tích hợp lưu trữ độ trễ truyền danh định của chúng.

Các MSO 4, 5 và 6 Series cũng cung cấp tính năng deskew "tĩnh" một nút bấm. Hình 1 cho thấy ví dụ về độ lệch giữa hai que đo nguồn TekVPI®. Máy hiện sóng đọc độ trễ lan truyền danh định từ các que đo và tính toán rằng có sự khác biệt khoảng 1,48 ns độ trễ giữa hai que đo. Chỉ cần nhấn nút OK, Deskew sẽ điều chỉnh thời gian tương đối giữa các tín hiệu.

Hình 2 cho thấy thiết lập kiểm tra tương tự đã sử dụng trong Hình 1 sau khi chức năng căn chỉnh thời gian tĩnh đã chạy. Nếu sử dụng các que đo không phải của Tektronix, bạn sẽ cần phải căn chỉnh thời gian thủ công các dạng sóng điện áp và dòng điện, đồng thời cấu hình cài đặt que đo dòng điện.

Hình 2 cho thấy cùng thiết lập thử nghiệm được sử dụng trong Hình 1 sau khi chức năng bù lệch tĩnh đã được chạy. Nếu sử dụng các que đo không phải của Tektronix, bạn sẽ cần phải bù lệch thủ công các dạng sóng điện áp và dòng điện, đồng thời cấu hình cài đặt que đo dòng điện.

Loại bỏ bù đầu dò

Các que đo vi sai có thể có một độ lệch điện áp nhẹ. Sai số bù này có thể ảnh hưởng đến độ chính xác và cần được loại bỏ trước khi tiến hành các phép đo. Hầu hết các que đo điện áp vi sai đều có sẵn các điều khiển điều chỉnh bù DC, giúp việc loại bỏ bù trở thành một quy trình tương đối đơn giản.

Tương tự, có thể cần điều chỉnh độ lệch trên que đo dòng điện trước khi thực hiện phép đo. Việc điều chỉnh độ lệch que đo dòng điện được thực hiện bằng cách đưa dòng điện DC về giá trị trung bình là 0 ampe hoặc càng gần càng tốt. Các que đo TekVPI, chẳng hạn như que đo dòng điện AC/DC TCP0030A, có quy trình Tự động khử từ/Tự động về 0 tích hợp sẵn, đơn giản như nhấn một nút trên hộp bù que đo, như thể hiện trong **Hình 3**.

Hình 3. Que đo dòng điện AC/DC Tektronix TCP0030A với chức năng khử từ/tự động về 0.

Khử từ que đo dòng điện của bạn

Khử từ loại bỏ mọi từ thông DC còn sót lại trong lõi máy biến áp, vốn có thể do một lượng lớn dòng điện đầu vào gây ra. Từ thông còn sót lại này dẫn đến lỗi bù mà cần được loại bỏ để tăng độ chính xác của các phép đo đang được thực hiện.

Que đo dòng điện Tektronix TekVPI cung cấp chỉ báo cảnh báo khử từ để cảnh báo người dùng thực hiện thao tác khử từ. Chỉ báo cảnh báo khử từ rất quan trọng vì các que đo dòng điện có thể có độ trôi đáng kể theo thời gian, điều này có thể ảnh hưởng đáng kể đến các phép đo.

Giải quyết các thách thức trong việc kiểm tra chất bán dẫn khe vùng rộng

Cho đến gần đây, việc đo lường chuyển mạch ở phía cao của các tầng chuyển mạch bán cầu gần như là không thể. Bất kỳ phép đo nào liên quan đến nút chuyển mạch, bao gồm VDS phía cao và điện áp trên các shunt dòng điện, đều bị biến dạng do tín hiệu điện áp chế độ chung đáng kể tác động lên tín hiệu vi sai. Vấn đề này trở nên tồi tệ hơn với các thiết bị vùng cấm rộng, chẳng hạn như bóng bán dẫn GaN và SiC, khi tần số chuyển mạch tăng lên và nhu cầu tối ưu hóa các thiết kế hoàn toàn mới trở nên cấp thiết. Khả năng loại bỏ nhiễu chế độ chung vô song của que đo IsoVu và khả năng tự động hóa của Hệ thống đo lường và phân tích công suất tiên tiến tạo nên một sự kết hợp vượt trội để tối ưu hóa các thiết kế GaN và SiC mới nhất.

Hình 4. Nhiều cấu trúc liên kết nguồn cấp điện yêu cầu các phép đo điện áp vi sai nhỏ khi có tín hiệu chế độ chung cao. Ví dụ, VGS ở phía cao của giai đoạn chuyển mạch nửa cầu thường di chuyển lên xuống hàng trăm volt so với đất. Hệ thống đo lường cách ly IsoVu™ cung cấp khả năng loại bỏ chế độ chung cực kỳ cao.

Phân tích đầu vào

Các phép đo đường dây mô tả đặc điểm phản ứng của thiết kế với các đầu vào thay đổi, mức tiêu thụ dòng điện và công suất của thiết kế, cũng như sự biến dạng của thiết kế đối với dòng điện đường dây. Một số phép đo, chẳng hạn như điện năng tiêu thụ, là những thông số kỹ thuật quan trọng. Các yếu tố khác, chẳng hạn như hệ số công suất và sóng hài, có thể bị giới hạn bởi các quy định.

PHÉP ĐO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN

Trong 4-PWR, 5-PWR và 6-PWR, các phép đo Chất lượng Điện năng là một tập hợp các phép đo công suất tiêu chuẩn. Chúng thường được thực hiện trên đầu vào đường dây AC, nhưng cũng có thể được áp dụng cho đầu ra AC của các thiết bị như bộ biến tần. Các phép đo này bao gồm:

• Tần số
• Điện áp và dòng điện RMS
• Hệ số đỉnh (điện áp và dòng điện)
• Công suất thực, phản kháng và biểu kiến
• Hệ số công suất và pha

Thực hiện phép đo

Các phép đo chất lượng điện năng có thể dễ dàng được thực hiện bằng cách sử dụng que đo vi sai để đo điện áp đường dây của hệ thống và que đo dòng điện để đo dòng điện đường dây của hệ thống. Thiết lập tương tự này cũng có thể được sử dụng để đo sóng hài dòng điện.

**Hình 5**. Các phép đo chất lượng điện năng cung cấp bức tranh chi tiết về đường dây AC. Điện áp đường dây là dạng sóng trên. Dòng điện là dạng sóng màu đỏ. Công suất tức thời là dạng sóng màu cam. Huy hiệu kết quả (trên cùng bên phải) hiển thị bản tóm tắt các đặc tính đường dây và bảng kết quả ở phần trên có thể được kích hoạt để xem dữ liệu và thống kê chi tiết hơn.

Kết quả đo

• Tần số: Tần số tính bằng Hertz của dạng sóng điện áp
• V_RMS: Giá trị hiệu dụng của dạng sóng điện áp hiển thị
• I_RMS: Giá trị hiệu dụng trung bình của dạng sóng dòng điện được hiển thị
• Hệ số đỉnh V: Biên độ đỉnh của điện áp chia cho giá trị RMS của điện áp
• Hệ số đỉnh I (Crest Factor I): Biên độ đỉnh của dòng điện chia cho giá trị RMS của dòng điện
• Công suất thực: Công suất thực của hệ thống được đo bằng Watt (W)
• Công suất phản kháng: Công suất ảo được lưu trữ tạm thời trong các phần tử cảm ứng hoặc điện dung, được đo bằng Volt-Amperes-Reactive (VAR)
• Công suất biểu kiến: Giá trị tuyệt đối của công suất phức được đo bằng Volt-Amperes (VA)
• Hệ số công suất: Tỷ lệ công suất thực so với công suất biểu kiến
• Pha: Góc giữa các véc-tơ Công suất thực và Công suất biểu kiến, tính bằng độ

Sóng hài

Sóng hài dòng điện xảy ra khi các thiết bị phi tuyến tính làm méo dạng dòng điện chảy vào mạch điện. Mạch tuyến tính chỉ lấy dòng điện ở tần số đường dây cơ bản, nhưng mạch phi tuyến tính lấy dòng điện ở bội số của tần số cơ bản, với biên độ và pha khác nhau cho mỗi sóng hài.

Khi dòng điện mang sóng hài chạy qua trở kháng của hệ thống phân phối điện, có thể dẫn đến méo điện áp. Nhiệt có thể tích tụ trong hệ thống cáp và máy biến áp. Và khi số lượng nguồn chuyển mạch được kết nối với lưới điện tăng lên, độ méo hài trên lưới điện cũng tăng theo.

Do đó, các tiêu chuẩn đã được thiết kế để hạn chế tác động đến chất lượng điện từ các tải phi tuyến tính. Các tiêu chuẩn như IEC61000-3-2, MIL-STD-1399 và DO-160G đã được xây dựng để hạn chế sóng hài.

Tiêu chuẩn IEC61000-3-2 giới hạn sóng hài dòng điện đưa vào hệ thống cấp nguồn điện lưới công cộng. Nó áp dụng cho tất cả thiết bị điện và điện tử có dòng điện đầu vào lên đến 16A trên mỗi pha sẽ được kết nối với hệ thống phân phối điện áp thấp công cộng (230V AC hoặc 415V AC 3 pha). Tiêu chuẩn được chia thành Lớp A (thiết bị 3 pha cân bằng), Lớp B (dụng cụ cầm tay), Lớp C (thiết bị chiếu sáng và thiết bị điều chỉnh độ sáng) và Lớp D (thiết bị có yêu cầu dạng sóng dòng điện độc đáo).

MIL-STD-1399 quy định các thông số kỹ thuật và yêu cầu kiểm tra đối với thiết bị (tải) để duy trì khả năng tương thích với hệ thống điện xoay chiều trên tàu, từ máy tính, thiết bị liên lạc đến máy điều hòa không khí. Tiêu chuẩn DO-160G dành cho hệ thống trên không.

Hình 6. Việc thiết lập phân tích sóng hài dòng điện cơ bản chỉ yêu cầu một vài cài đặt. Ví dụ này cho thấy các cài đặt để kiểm tra tuân thủ trước so với các tiêu chuẩn ngành.

Các ứng dụng phân tích công suất giúp dễ dàng đo lường sóng hài dòng điện. Nó có thể hiển thị kết quả đo ở cả định dạng bảng và đồ họa. Nó cũng cho phép các nhà thiết kế nhanh chóng so sánh hiệu suất thiết bị của họ với các tiêu chuẩn tuân thủ trước khi trải qua quá trình chứng nhận – một quá trình thường tốn thời gian và chi phí. Việc có các khả năng đo lường này trên máy hiện sóng không chỉ tăng tốc độ gỡ lỗi mà còn có thể giúp tránh các thay đổi thiết kế vào phút chót để đáp ứng các yêu cầu quy định.

Hình 7. Kết quả sóng hài. Dạng sóng dòng điện phi hình sin có thể được nhìn thấy ở phía dưới bên phải. Biểu đồ cột sóng hài hiển thị thành phần sóng hài trên thang decibel. Các sóng hài lẻ là đáng kể nhất, nhưng vẫn nằm trong giới hạn của IEC 61000-3-2.

Thực hiện phép đo

Sử dụng que đo điện áp chênh lệch để đo điện áp đường dây. Sử dụng que đo dòng điện để đo dòng điện đường dây.

Nếu bạn muốn so sánh các sóng hài trong thiết kế của mình với các giới hạn trong tiêu chuẩn IEC 61000-3-2, tần số dòng điện phải được xác định và loại cấp cần được chọn. Trong trường hợp tiêu chuẩn Class C hoặc D, công suất đầu vào, hệ số công suất và dòng điện cơ bản cũng sẽ cần được nhập. Gói phân tích sẽ tải một bảng giới hạn được xác định trước và so sánh giữa sóng hài đo được và giới hạn. Kết quả tiền tuân thủ sẽ được trình bày như Hình 8.

Hình 8. Có thể hiển thị tối đa 100 sóng hài dưới dạng đồ họa. Bảng hiển thị kết quả kiểm tra tiền tuân thủ IEC 61000-3-2. Dựa trên cài đặt của bạn, gói phân tích sẽ tải bảng giới hạn được xác định trước và so sánh giữa từng sóng hài được đo và các giới hạn.

Kết quả đo

• Huy hiệu Kết quả hiển thị tiêu chuẩn Sóng hài đã chọn, Biên độ sóng hài cơ bản và sóng hài bậc 3, THD-F, THD-R, giá trị RMS và trạng thái Đạt/Không đạt.
• Các sóng hài riêng lẻ có thể được chọn và các giá trị đo được liên kết giữa huy hiệu kết quả, biểu đồ cột và bảng kết quả.
• Bảng Kết quả Sóng hài bao gồm:
• Sóng hài dòng điện có thể được hiển thị theo đơn vị microampere decibel (dBµA) hoặc ampere (A)

Hình 9. Đo dòng điện khởi động tự động và đo điện dung đang được thực hiện trên dòng điện ở Kênh 7.

DÒNG ĐIỆN KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỆN DUNG ĐẦU VÀO

Nhìn chung, dòng điện khởi động xảy ra khi bộ cấp nguồn được bật lần đầu tiên. Bộ chuyển đổi điện lấy một dòng điện tương đối cao khi điện dung đầu vào của nó được sạc đầy. Sau dòng điện khởi động ban đầu, dòng điện ổn định ở trạng thái ổn định trừ khi có các thay đổi hệ thống khác xảy ra. Các phép đo dòng điện khởi động có thể cung cấp thông tin quan trọng về thiết kế của bộ cấp nguồn, bao gồm cả việc xác định kích thước thiết bị bảo vệ. Trong những trường hợp cực đoan, dòng điện khởi động có thể gây ra sụt áp trên đường dây AC.

Phần mềm phân tích công suất cung cấp phép đo dòng khởi động tự động. Nó xác định các vùng dòng khởi động và chú thích chúng trên màn hình. Sau đó, nó tính toán dòng khởi động trong vùng đó.

Dòng điện khởi động và điện dung đầu vào có liên quan trực tiếp đến nhau, và cả hai đều cung cấp thông tin chi tiết quan trọng về đặc tính khởi động của bộ chuyển đổi điện.

Hình 10. Dòng khởi động xảy ra trong quá trình bật bộ cấp nguồn. Dạng sóng dòng điện cho thấy các đỉnh giảm dần trước khi đạt trạng thái ổn định.

Hình 11. Đo suy hao chuyển mạch. Đường đồ thị phía trên (màu cam) được tính bằng cách nhân dòng điện với điện áp để có công suất tức thời. Các phép đo suy hao được thực hiện trên dạng sóng công suất tức thời. Mỗi vùng suy hao được chú thích bằng các điểm đánh dấu màu tương ứng với các nhãn phép đo. Các dạng sóng phía dưới là điện áp trên công tắc và dòng điện qua công tắc.

Phân tích chuyển mạch

Các phép đo trong giai đoạn chuyển mạch của bộ cấp nguồn xác nhận rằng bộ chuyển đổi đang hoạt động chính xác, định lượng các nguồn tổn thất và xác nhận rằng các thiết bị đang hoạt động trong phạm vi bình thường.

PHÉP ĐO TỔN THẤT CHUYỂN MẠCH

Tổn thất khi bật xảy ra khi các tụ điện vật lý và ký sinh khác nhau được nạp điện, cuộn cảm tạo ra từ trường và các tổn thất điện trở thoáng qua liên quan xảy ra. Tương tự như vậy, khi bộ cấp nguồn chuyển mạch tắt, vẫn còn năng lượng để xả và tương tác với các linh kiện khác nhau ngay cả khi đã ngắt nguồn điện chính, và do đó, tổn thất cũng xảy ra ở đây.

Thực hiện phép đo

Để thực hiện phép đo suy hao chuyển mạch, máy hiện sóng phải đo điện áp trên thiết bị chuyển mạch và dòng điện qua thiết bị. Kết quả suy hao chuyển mạch được trình bày như thể hiện trong Hình 11.

Kết quả đo

• Ton: Giá trị trung bình của công suất Bật và các giá trị suy hao năng lượng cho mỗi chu kỳ
• Toff: Giá trị trung bình của công suất bật và tổn thất năng lượng cho mỗi chu kỳ
• Tổng: Giá trị trung bình của Tổng tổn thất điện năng trung bình và các giá trị năng lượng trung bình cho mỗi chu kỳ
• Các nút mũi tên Trái và Phải cho phép bạn đi qua các chu kỳ chuyển mạch và xác định các khu vực có vấn đề.
• Các phép đo cũng có thể được xem trong Bảng Kết quả. Bảng hiển thị kết quả đo tích lũy của tất cả các chu kỳ chuyển mạch để xem xét nhanh.

Hình 12. Phép đo RDS(on). Dạng sóng Ch1 (màu vàng) là điện áp VDS của FET và dạng sóng Ch2 (màu xanh lục lam) là dòng điện của FET. Các dạng sóng bị đảo pha để chỉ ra chính xác rằng dòng điện cao trong vùng dẫn. Phép toán vẽ giá trị RDSon và huy hiệu kết quả hiển thị giá trị RDSon tối thiểu được tính toán theo dạng sóng phép toán. Trong trường hợp này là 1,13 mOhms. 

RDS (ON)

Phép đo này đặc trưng cho điện trở từ cực xả đến cực nguồn của thiết bị chuyển mạch trong phần dẫn của chu kỳ chuyển mạch, khi thiết bị BẬT và dẫn dòng điện. Điện trở bật động là tỷ lệ giữa điện áp trên thiết bị khi thiết bị được BẬT và dòng điện chạy qua thiết bị. Sử dụng khả năng cổng con trỏ, bạn có thể đo chính xác RDS(on), một yếu tố quan trọng gây tổn thất trong thiết bị chuyển mạch.

 

 

Hình 13. Đồ thị Vùng Hoạt Động An Toàn (SOA) của một transistor.

KHU VỰC VẬN HÀNH AN TOÀN

Khu vực vận hành an toàn (SOA) của bóng bán dẫn chuyển mạch xác định dòng điện có thể chạy an toàn qua bóng bán dẫn ở một điện áp nhất định. SOA thường được định nghĩa trong tờ thông số kỹ thuật của các bóng bán dẫn chuyển mạch BJT, MOSFET hoặc IGBT. Nó được đưa ra dưới dạng đồ thị V_CE (hoặc V_DS đối với FET) so với I_CE (hoặc I_DS), và mô tả các dải mà bóng bán dẫn có thể hoạt động mà không bị xuống cấp hoặc hư hỏng.

Phần mềm phân tích công suất cho phép bạn chuyển SOA từ bảng dữ liệu thiết bị vào MSO 4, 5 hoặc 6 Series. Sau đó, bạn có thể đo điện áp và dòng điện trên thiết bị thực tế, trong mạch khi bạn thay đổi các điều kiện hoạt động của thiết kế bộ cấp nguồn của mình. Máy hiện sóng ghi lại các đồ thị V-I và có thể cho biết liệu có bất kỳ tham số nào nằm ngoài SOA hay không.

Thực hiện phép đo

Một trong những thách thức chính trong việc xác định SOA của một bóng bán dẫn khi hoạt động trong bộ nguồn là thu thập chính xác dữ liệu điện áp và dòng điện trong nhiều kịch bản tải khác nhau, thay đổi nhiệt độ và biến thể trong điện áp đầu vào đường dây. Gói phân tích đơn giản hóa tác vụ này bằng cách tự động hóa việc thu thập và phân tích dữ liệu. Thiết lập đo lường yêu cầu đo điện áp trên và dòng điện qua bóng bán dẫn chuyển mạch.

Bước tiếp theo là thiết lập mặt nạ SOA. Như thể hiện trong Hình 15, trình chỉnh sửa Mặt nạ SOA cho phép bạn nhập giới hạn SOA cho tranzito, như được xác định trong bảng thông tin của nó hoặc theo tiêu chuẩn riêng của bạn.

Hình 14. SOA sử dụng 5-PWR. Nếu các điểm dữ liệu nằm bên trong vùng mặt nạ, chúng có màu vàng để biểu thị ‘đạt’ và nếu chúng nằm bên ngoài vùng mặt nạ, chúng có màu đỏ để biểu thị ‘thất bại’. Trong ví dụ này, đường cong V-I đã đi ra ngoài vùng SOA, khiến thiết bị chuyển mạch chịu ứng suất quá mức.

Kết quả đo

Sau khi hoàn thành thiết lập, kết quả kiểm tra SOA được trình bày như trong Hình 14. Dạng sóng điện áp và dòng điện được vẽ trong một bản ghi duy nhất ở chế độ XY. Biểu đồ hiển thị tất cả dữ liệu cho một chu kỳ thu thập dữ liệu duy nhất.

Hình 15. Cửa sổ Trình chỉnh sửa Mặt nạ SOA. Mặt nạ được xác định bởi một tập hợp các tọa độ (điện áp, dòng điện) lấy từ bảng dữ liệu của thiết bị chuyển mạch, hoặc có thể do người dùng xác định

Huy hiệu kết quả hiển thị số lần thiết bị đi ra ngoài mặt nạ SOA và đưa ra kết quả đạt/không đạt.

Phân tích từ tính

Cuộn cảm và biến áp được sử dụng làm thiết bị lưu trữ năng lượng trong cả bộ cấp nguồn chế độ chuyển mạch và tuyến tính. Một số bộ cấp nguồn cũng sử dụng cuộn cảm trong các bộ lọc ở đầu ra của chúng. Với vai trò quan trọng của chúng trong các bộ chuyển đổi công suất, việc mô tả đặc điểm các linh kiện từ tính này là điều cần thiết để xác định độ ổn định và hiệu suất tổng thể của bộ cấp nguồn.

Phân tích từ tính trong 4/5/6-PWR tự động hóa các nhóm phép đo sau: độ tự cảm, tổn thất từ trường và các tham số B-H.

ĐIỆN CẢM

Cuộn cảm thể hiện trở kháng tăng theo tần số, ngăn cản tần số cao nhiều hơn tần số thấp. Hành vi này được gọi là độ tự cảm và được đo bằng đơn vị Henry. Độ tự cảm của thiết bị có thể được đo tự động bằng máy hiện sóng được trang bị phần mềm phân tích công suất.

Thực hiện phép đo

Các ứng dụng 4/5/6-PWR tích hợp điện áp theo thời gian và chia cho sự thay đổi dòng điện để tính giá trị điện cảm. Các phép đo được thực hiện bằng cách dò điện áp trên và dòng điện qua linh kiện từ tính. Kết quả đo điện cảm được trình bày cùng với một số phép đo khác trong Hình 15. Dạng sóng màu vàng (Ch1) là điện áp trên cuộn cảm và dạng sóng màu lục lam (Ch2) là dòng điện qua cuộn cảm. Lưu ý rằng đường cong B-H cũng được hiển thị.

Kết quả đo

Điện cảm: Giá trị điện cảm của thiết bị hoặc mạch

TỔN HAO TỪ TÍNH

Phân tích tổn hao công suất từ tính là một phần thiết yếu trong phân tích tổn hao toàn diện của bộ cấp nguồn chuyển mạch. Hai tổn hao từ tính chính là tổn hao lõi và tổn hao đồng. Điện trở của dây quấn đồng góp phần vào tổn hao đồng trong bộ cấp nguồn. Tổn hao lõi phụ thuộc vào tổn hao dòng điện xoáy và tổn hao từ trễ trong lõi từ. Tổn hao lõi độc lập với từ thông DC, nhưng bị ảnh hưởng bởi dao động từ thông AC và tần số hoạt động.

Thực hiện phép đo

4/5/6-PWR có khả năng tính toán tổn hao từ tính trong cuộn cảm một cuộn dây, cuộn cảm nhiều cuộn dây, hoặc thậm chí là một máy biến áp.

Trong trường hợp máy biến áp một cuộn dây, que đo chênh lệch được kết nối để đo điện áp trên cuộn dây sơ cấp. Một que đo dòng điện đo dòng điện qua máy biến áp. Máy hiện sóng và phần mềm đo công suất sau đó có thể tự động tính toán tổn thất công suất từ trường.

Kết quả tổn thất công suất từ trường được trình bày như thể hiện trong Hình 16.

Kết quả đo

Suy hao điện năng: Tổng suy hao điện năng do linh kiện từ tính

ĐẶC TÍNH TỪ (ĐƯỜNG CONG B-H)

Mật độ từ thông B, được đo bằng đơn vị Tesla, là cường độ của từ trường. Nó xác định lực tác động lên điện tích di chuyển bởi từ trường. Cường độ từ trường hoặc cường độ trường H, được đo bằng A/m, được gọi là lực từ hóa. Độ từ thẩm của vật liệu, µ, được đo bằng H/m. Nó đo mức độ từ hóa của vật liệu do từ trường được áp dụng.

Các đặc tính vật lý như chiều dài từ và số vòng dây quanh lõi giúp xác định B và H của vật liệu từ tính. Các đồ thị đường cong B-H thường được sử dụng để xác minh độ bão hòa (hoặc thiếu bão hòa) của các thành phần từ tính trong nguồn cấp chuyển mạch và cung cấp thước đo năng lượng tổn thất trên mỗi chu kỳ trong một đơn vị thể tích vật liệu lõi. Đường cong mô tả mật độ từ thông, B, so với cường độ từ trường, H. Vì cả B và H đều phụ thuộc vào các đặc tính vật lý của thành phần từ tính, chẳng hạn như chiều dài từ và số vòng dây quanh lõi, các đường cong này xác định giới hạn hiệu suất của vật liệu lõi của thành phần.

Hình 16. Các phép đo từ tính trên cuộn cảm. Dạng sóng kênh Ch1 (màu vàng) là điện áp trên cuộn cảm và dạng sóng kênh Ch2 (màu lục lam) là dòng điện cuộn cảm. Đường cong B-H được hiển thị ở giữa màn hình. Độ tự cảm, tổn hao từ trường và đặc tính từ tính được hiển thị trong huy hiệu kết quả ở bên phải.

Thực hiện phép đo

Để tạo biểu đồ B-H, điện áp trên phần tử từ tính và dòng điện chạy qua nó được đo. Trong trường hợp máy biến áp, các dòng điện qua cuộn dây sơ cấp cũng như thứ cấp đều được quan tâm. Số vòng dây của cuộn cảm (N), chiều dài từ tính (l) và diện tích mặt cắt ngang của lõi (Ae) phải được nhập trước vào bảng cấu hình, trước khi phần mềm phân tích công suất có thể tính toán biểu đồ đường cong B-H.

Một que đo chênh lệch điện áp cao được nối với kênh 1 trên máy hiện sóng và trên cuộn dây sơ cấp của máy biến áp. Điện áp đo được này là kết quả của cảm ứng từ B của thành phần từ tính. Kênh 2 đo dòng điện qua cuộn sơ cấp bằng que đo dòng điện. Que đo dòng điện cũng được sử dụng để đo dòng điện qua các cuộn dây thứ cấp trên kênh 3 và kênh 4, nếu cần. Phần mềm phân tích công suất sau đó có thể tính toán dòng điện từ hóa bằng cách sử dụng dữ liệu từ các kênh 2, 3 và 4 của máy hiện sóng. Giá trị dòng điện từ hóa sau đó được sử dụng để xác định thành phần H.

Kết quả thuộc tính từ tính được trình bày như trong Hình 16.

Kết quả đo

• ΔB: Sự thay đổi về mật độ từ thông
• ΔH: Sự thay đổi cường độ trường
• Độ từ thẩm: Mức độ từ hóa của vật liệu
• Bpeak: Mật độ từ thông tối đa được tạo ra trong một thành phần từ tính
• Br: Điểm trên đường cong nơi H = 0 nhưng B vẫn có giá trị dương. Đây được gọi là độ dư từ của thành phần, một thước đo về độ lưu giữ từ của nó. Độ dư từ càng cao thì vật liệu sẽ giữ lại càng nhiều từ hóa.
• Hc: Điểm trên đường cong trong đó B = 0 và H là một giá trị âm. Điều này thể hiện trường bên ngoài cần thiết để làm cho B đạt đến 0. Giá trị H này được gọi là lực kháng từ. Giá trị lực kháng từ nhỏ có nghĩa là thành phần có thể dễ dàng khử từ.
• Hmax: Giá trị lớn nhất của H tại giao điểm của trục H và vòng trễ
• Gợn sóng dòng điện: Giá trị đỉnh đến đỉnh của dòng điện

Hình 17. Máy biến áp cách ly / máy biến áp tiêm được sử dụng để cách ly nguồn tín hiệu nối đất khỏi điện trở tiêm không gánh.

Phân tích đáp ứng tần số

Phản hồi vòng điều khiển

Phân tích đáp ứng vòng điều khiển (thường được gọi là biểu đồ Bode, theo các đường cong kết quả) giúp xác định đặc tính đáp ứng tần số của vòng điều khiển nguồn điện. Biểu đồ Bode thể hiện độ khuếch đại và độ lệch pha của vòng phản hồi được tính toán trên một dải các giá trị tần số, cung cấp thông tin có giá trị về tốc độ của vòng điều khiển và độ ổn định của nguồn điện. Có thể đo bằng máy phân tích mạng vector (VNA) nhưng cũng có thể đo bằng máy hiện sóng và máy tạo hàm.

Để đo đáp ứng của một hệ thống điện, một tín hiệu đã biết phải được đưa vào vòng phản hồi. Đối với phép đo này, tùy chọn Máy tạo hàm/tùy ý (AFG) trong Dòng 4/5/6 được sử dụng để tạo sóng sin trên một dải tần số đã chỉ định. Bộ chuyển đổi DC-DC hoặc LDO phải được cấu hình với điện trở tiêm/điện trở kết thúc nhỏ (5-10Ω) trong vòng phản hồi để tín hiệu nhiễu từ máy phát chức năng có thể được đưa vào vòng lặp.

Một biến áp tiêm có đáp ứng phẳng trên băng thông rộng được kết nối qua điện trở tiêm và cách ly nguồn tín hiệu nối đất khỏi bộ cấp nguồn. Biến áp tiêm Picotest J2101A có dải tần 10Hz-45MHz, phù hợp tốt với tùy chọn máy tạo hàm cho MSO 4/5/6 Series. Các que đo thụ động điện dung thấp, suy giảm thấp như TPP0502 được khuyến nghị cho các phép đo điện áp. Điều này cho phép thực hiện phép đo với độ nhạy dọc 500 µV/div trên MSO 6 Series và 1 mV/div trên MSO 4/5 Series.

Hình 18. Tần số bắt đầu và dừng, biên độ và số điểm trên mỗi thập kỷ xác định kích thích mà máy phát sẽ đưa vào vòng điều khiển.

Hình 19. Hồ sơ biên độ có thể được sử dụng để cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) của các phép đo. Nó cho phép áp dụng biên độ thấp hơn ở các tần số mà DUT nhạy cảm với nhiễu và biên độ cao hơn ở các tần số mà nó ít nhạy cảm hơn.

Sau khi thực hiện kết nối, cần cấu hình quá trình rà soát tác nhân. Phần mềm 4/5/6-PWR hỗ trợ các phương pháp biên độ cố định và biên độ biên dạng. Quá trình rà soát biên độ cố định duy trì biên độ như nhau ở tất cả các tần số. Phương pháp biên dạng cho phép bạn chỉ định các biên độ khác nhau tại các dải tần số mà bạn xác định. Phương pháp biên độ biên dạng có thể được sử dụng để cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm (SNR) của các phép đo.

Hình 20. Phần mềm tính toán độ lợi (vết xanh lá cây) là 20log (Vout/Vin). Vết màu đỏ thể hiện độ lệch pha giữa tín hiệu đưa vào và đầu ra so với -180°. Biên độ pha (PM) được đo tại điểm đường cong độ lợi cắt không dB. Biên độ độ lợi (GM) được đo khi đường cong pha cắt mốc không độ. Bảng hiển thị độ lợi và pha tại mỗi tần số.

Biên độ pha được đo tại tần số cắt độ lợi, xảy ra ở tần số mà biểu đồ độ lợi cắt qua 0 dB. Điểm tương ứng trên biểu đồ pha cho biết biên độ pha.

Biên độ độ lợi được đo tại tần số cắt pha, xảy ra khi pha cắt qua -180 độ. Vì pha được vẽ tương đối so với -180, nên điều này xuất hiện dưới dạng một điểm cắt 0. Giá trị độ lợi tương ứng tại tần số cắt pha này cho biết biên độ độ lợi.

Hình 21. Biểu đồ PSRR cho thấy sự suy giảm của dòng AC đặt vào đầu vào của nguồn cấp trên đầu ra của nguồn cấp.

TỶ LỆ TỪ CHỐI NGUỒN CẤP (PSRR)

Tỷ lệ từ chối bộ cấp nguồn đặc trưng cho khả năng của một bộ cấp nguồn trong việc ngăn nhiễu AC trên đầu vào của nó xuất hiện trên đầu ra DC. Để thực hiện kiểm tra PSRR, một tín hiệu kích thích hình sin quét được áp dụng vào đầu vào của bộ cấp nguồn. Một thiết bị cộng mạng DC + AC, chẳng hạn như bộ tiêm đường dây J2120A của Picotest, là bắt buộc cho phép đo này.

Hình 22. Bộ cấp nguồn dòng điện được sử dụng để thêm tín hiệu AC từ bộ tạo hàm vào đầu vào DC của bộ cấp nguồn.

Phần mềm 5/6-PWR tự động hóa việc quét và thực hiện các phép đo tín hiệu đầu vào đầu ra ở mỗi tần số. Nó tính toán tỷ lệ suy hao là 20Log(Vin/Vout) ở mỗi tần số trong dải tần và vẽ biểu đồ các phép đo trên màn hình.

Hình 23. Thiết lập phép đo trở kháng. Que đo đường ray điện cung cấp độ nhạy cao và trở kháng cao ở dòng điện một chiều (DC) và trở kháng đầu vào AC 50 Ω để tải thấp. Ngoài ra, có thể sử dụng que đo P6150 nếu có, hoặc cáp SMA có khối che chắn DC.

Phép đo trở kháng

Việc đặc trưng hóa trở kháng của mạng phân phối điện giúp xác định tác động của nhiễu trong hệ thống. Đường cong trở kháng biểu thị các giá trị trở kháng trong một dải tần số cụ thể. DUT có thể là tổng trở kháng của PDN bao gồm đường mạch trên bo mạch và tụ điện, hoặc một linh kiện hay hệ thống con như Mô-đun điều chỉnh điện áp (VRM).

Các phép đo trở kháng thường được thực hiện bằng VNA, tuy nhiên VNA thông thường không thể đo ở tần số thấp hoặc đo các giá trị trở kháng thấp < 10 mΩ. Hệ thống dựa trên máy hiện sóng có thể đo tần số thấp tới 1 Hz. Giải pháp dựa trên máy hiện sóng cũng cung cấp màn hình hiển thị cả tín hiệu đầu vào và đầu ra từ DUT trong quá trình quét, do đó có thể quan sát các thay đổi miền thời gian.

Máy hiện sóng cũng có lợi thế là hiển thị các dạng sóng miền thời gian, bao gồm tín hiệu kích thích và phản hồi, trong khi phân tích đang được thực hiện. Điều này không thể thực hiện được với VNA.

Để thực hiện phép đo, máy hiện sóng được nối đất phải được cách ly khỏi DUT. Máy biến áp khuếch đại chênh lệch Picotest J2113A phục vụ mục đích này trong hệ thống ví dụ được thể hiện trong Hình 23. Bộ chia điện 50 Ω được sử dụng để gửi tín hiệu từ máy tạo chức năng đến DUT và Kênh 1 trên máy hiện sóng.

Hình 24. Một đồ thị phép đo trở kháng so với tần số. Đường cong có ba đỉnh cho thấy sự thay đổi về giá trị trở kháng khi tần số thay đổi. Mục tiêu là một đồ thị trở kháng phẳng, với bất kỳ đỉnh nào thấp hơn trở kháng mục tiêu. Con trỏ có thể được sử dụng để đo bất kỳ điểm nào trên đường cong.

Phân tích đầu ra

Đầu ra của bất kỳ nguồn điện DC nào cũng phải được đánh giá về điều chỉnh và nhiễu. Phần mềm Phân tích và đo lường công suất nâng cao 4/5/6-PWR bao gồm các công cụ để định lượng và phân loại nhiễu gợn sóng.

Gợn sóng đường dây và chuyển mạch

Nói đơn giản, gợn sóng là điện áp AC được chồng lên đầu ra DC của một bộ cấp nguồn. Nó được biểu thị dưới dạng phần trăm của điện áp đầu ra bình thường hoặc dưới dạng điện áp đỉnh đến đỉnh.

Có hai loại gợn sóng xuất hiện ở đầu ra của bộ cấp nguồn. Gợn sóng đường dây đo lượng gợn sóng liên quan đến tần số đường dây. Gợn sóng chuyển mạch đo lượng gợn sóng được phát hiện từ đầu ra của nguồn cấp chuyển mạch dựa trên tần số chuyển mạch mà bạn xác định.

Gợn sóng đường ra thường gấp đôi tần số đường dây; trong khi gợn sóng chuyển mạch thường đi kèm với nhiễu và nằm trong dải tần số kHz. Việc tách gợn sóng đường dây khỏi gợn sóng chuyển mạch là một trong những thách thức lớn nhất trong việc đặc tính hóa nguồn điện. Phần mềm phân tích công suất giúp đơn giản hóa rất nhiều nhiệm vụ này.

Thực hiện phép đo

Để đo độ gợn sóng của hệ thống, chỉ cần một que đo điện áp. Đầu dò vi sai phải được kết nối với đầu ra của hệ thống để đo điện áp đường dây đầu ra và điện áp gợn sóng chuyển mạch.

Hình 25. Tab cấu hình gợn sóng đường dây cho 5-PWR.

Các tab cấu hình (xem Hình 25) cho gợn sóng đường dây và gợn sóng chuyển mạch rất giống nhau. Cả hai phép đo gợn sóng đều yêu cầu lựa chọn chế độ khớp nối đầu vào (AC hoặc DC), giới hạn băng thông cần thiết (20MHz, 150/250MHz hoặc Toàn dải) và chế độ thu nhận của máy hiện sóng – Lấy mẫu, Phát hiện đỉnh hoặc Độ phân giải cao (High Res). Trong trường hợp phép đo gợn sóng đường dây, tần số đường dây của hệ thống, 50 Hz hoặc 60 Hz hoặc 400 Hz, phải được xác định. Các phép đo gợn sóng chuyển mạch yêu cầu xác định tần số chuyển mạch.

Sau khi phép đo đã được cấu hình, kết quả sẽ được trình bày như thể hiện trong Hình 26.

Hình 26. Kết quả gợn sóng chuyển mạch.

Kết quả đo

Giá trị gợn sóng đỉnh-đỉnh và RMS: Đây là các giá trị điện áp đỉnh-đỉnh và RMS của gợn sóng đường hoặc gợn sóng chuyển mạch của hệ thống.

Hình 27. Phép đo hiệu suất trong đó một điện áp và dòng điện AC duy nhất được sử dụng để xác định công suất đầu vào, và công suất được đo đồng thời trên ba đầu ra để tìm tổng hiệu suất.

Hiệu suất

Hiệu suất cao của thiết bị hoặc sản phẩm là yếu tố khác biệt quan trọng trong môi trường cạnh tranh ngày nay. Phần mềm Phân tích và đo lường công suất nâng cao cho phép bạn dễ dàng đo lường hiệu suất của các sản phẩm chuyển đổi nguồn (AC-DC, AC-AC, DC-DC, DC-AC). Đối với các sản phẩm điện có tối đa 3 đầu ra, phần mềm Phân tích và đo lường công suất nâng cao cho phép các nhà thiết kế kiểm tra hiệu suất của toàn bộ hệ thống cùng một lúc, để rút ngắn thời gian kiểm tra và xác nhận.

Hình 27 hiển thị kết quả đo hiệu suất trên một bộ chuyển đổi AC-AC với 1 đầu vào và 3 đầu ra, sử dụng một bảng demo và các tín hiệu phép toán để mô phỏng một thiết bị nhiều đầu ra. Mỗi điện áp và dòng điện đầu vào và đầu ra đều được đo (hoặc mô phỏng, trong trường hợp này):

• Kênh 3: Điện áp đầu vào
• Kênh 4: Dòng điện đầu vào
• Chương 7: Điện áp đầu ra 1
• Kênh 8: Dòng điện đầu ra 1
• Toán học 3: Điện áp đầu ra 2
• Toán 4: Dòng điện đầu ra 2
• Phép tính 6: Điện áp đầu ra 3
• Phép toán 7: Dòng điện đầu ra 3

Lưu ý việc sử dụng các nhãn tùy chỉnh trong ví dụ trên, điều này cho phép dễ dàng nhận dạng. Phần mềm ứng dụng tự động tạo dạng sóng công suất toán học khi cần. Trong ví dụ trên, các dạng sóng này được tạo tự động:

• Toán 1: Nguồn điện đầu vào 1
• Toán 2: Công suất đầu ra 1
• Phép toán 5: Công suất đầu ra 2
• Math 8: Công suất đầu ra 3

Hình 28. Cấu hình phép đo hiệu quả cho phép người dùng cấu hình loại tín hiệu và tối đa 3 đầu ra.

Ứng dụng tính toán hiệu suất riêng lẻ và tổng hiệu suất của thiết bị đang thử nghiệm và hiển thị chúng trong huy hiệu kết quả. Người dùng cũng có thể mở bảng kết quả và lưu báo cáo ở định dạng .MHT hoặc PDF.

Hình 29. Các phép đo thời gian bật xác định độ trễ giữa việc cấp nguồn đầu vào và đầu ra trạng thái ổn định.

THỜI GIAN BẬT

Thời gian bật là thời gian cần thiết để đạt được điện áp đầu ra của bộ cấp nguồn sau khi điện áp đầu vào được cấp. Một kênh được sử dụng để đo đầu vào và bất kỳ kênh nào còn lại của máy hiện sóng có thể được sử dụng để đo đầu ra. Điều này cho phép đo nhiều đường ray điện trong một lần thu thập duy nhất.

Hình 30. Các phép đo thời gian tắt tìm thấy độ trễ giữa việc ngắt nguồn điện đầu vào và đầu ra gần bằng không.

THỜI GIAN TẮT

Thời gian tắt là khoảng thời gian cần thiết để điện áp đầu ra của bộ cấp nguồn gần bằng không sau khi điện áp đầu vào bị ngắt.

Kỹ thuật đo thời gian bật AC sang DC và DC-DC có thể được mở rộng để xác minh trình tự bật và tắt nguồn của các bộ nguồn đa đầu ra.

Thời gian và trình tự đầu ra nguồn điện trong quá trình bật và tắt là rất quan trọng đối với hoạt động đáng tin cậy của sản phẩm cuối cùng và cho phép các thiết bị hoạt động không bị gián đoạn. Các nhà thiết kế sẽ quan tâm đến việc điều chỉnh các thiết bị cuối của họ, chẳng hạn khi UPS trở lại trạng thái ổn định trong thời gian quy định. Ví dụ, pin được sạc để tạo ra đầu ra DC liên tục và hệ thống biến tần liên tục sạc vào nguồn điện xoay chiều chính. Nếu mất điện, pin sẽ cung cấp điện cho bộ biến tần. Thời gian tắt rất quan trọng để pin hoạt động trở lại trong thời gian quy định.

Phân tích khả năng vận hành xuyên sự cố của biến tần 

Các hệ thống biến tần hòa lưới được yêu cầu phải có chức năng chống tách lưới để ngăn chặn hiện tượng tách lưới ngoài ý muốn trong quá trình biến động điện lưới. Để đáp ứng các yêu cầu này, hiệu suất biến tần phải được kiểm chứng theo các tiêu chuẩn quốc tế như CEA, IEEE 1547 và EVS-EN 50549. Các tiêu chuẩn này bao gồm thời gian duy trì hoạt động quy định khoảng thời gian biến tần hòa lưới, hoặc “biến tần thông minh” phải tiếp tục hỗ trợ lưới điện trong trường hợp sụt áp lưới điện hoặc quá áp.

Phần mềm phân tích công suất cho máy hiện sóng 4, 5 và 6 Series B hỗ trợ kiểm thử tuân thủ khả năng vận hành xuyên suốt tự động. Các phép đo có thể được tìm thấy trong phần Phân tích Nguồn điện Xanh và bao gồm LVRT (low voltage ride through) và HVRT (high voltage ride-through). 

Hình 31. Phân tích công suất xanh có sẵn trong Gói Phân tích và Đo lường công suất nâng cao (tùy chọn. PWR) 

Cả hai phép đo dựa vào mặt nạ điện áp và thời gian, xác định các khu vực “giữ ngoài” mà điện áp RMS không được vượt qua. Các giới hạn cho các mặt nạ này được xác định theo tiêu chuẩn và mặt nạ tùy chỉnh cũng có thể được xác định.

Chức năng vận hành khi điện áp thấp (LVRT) đánh giá hiệu suất của biến tần trong trường hợp sụt áp kéo dài trên lưới điện. Phép đo được bắt đầu khi điện áp lưới RMS giảm xuống dưới mức chỉ định và máy hiện sóng báo lỗi nếu biến tần không hỗ trợ lưới điện trong thời gian yêu cầu.

Hình 32. Cài đặt cho phép đo vận hành xuyên suốt điện áp thấp

Tương tự, khả năng vận hành xuyên qua điện áp cao (HVRT) là một thước đo về hành vi của biến tần trong các sự kiện lưới điện quá áp. Phép đo xác định liệu phản ứng của biến tần có nằm trong các giới hạn điện áp-thời gian xác định trong các nhiễu loạn này, theo các giới hạn được định nghĩa trong thông số kỹ thuật.

Thực hiện các phép đo

Phép đo được thêm vào qua bảng điều khiển phép đo như thể hiện trong Hình 31 và bao gồm một số thông số. Đây là phép đo đơn lẻ, và các thông số giúp cấu hình máy hiện sóng cho sự kiện sụt áp hoặc quá áp. 

Chỉ định tiêu chuẩn kiểm tra sẽ tạo mặt nạ đạt/không đạt. Lưu ý rằng mặt nạ tùy chỉnh cũng có thể được tạo.

Hình 33. Các tiêu chuẩn này được hỗ trợ trong các phép đo xuyên suốt. Cũng có thể xác định mặt nạ tùy chỉnh để kiểm tra biên hoặc để hỗ trợ các tiêu chuẩn độc quyền. 

Điện áp RMS danh định có thể được máy hiện sóng tự động đo hoặc được chỉ định thủ công. Khi Phương pháp Điện áp danh định trong cấu hình phép đo được đặt thành Tự động, chức năng Cài đặt trước nguồn sẽ thu tám chu kỳ dạng sóng đầu ra liên tục của bộ biến tần và sử dụng chúng để tự động điều chỉnh cài đặt dọc và kích hoạt. Khi Phương pháp Điện áp danh định được đặt thành Tùy chỉnh, hệ thống không ghi lại dạng sóng; thay vào đó, nó áp dụng trực tiếp cài đặt dọc và kích hoạt dựa trên điện áp danh định trên mỗi đơn vị do người dùng xác định.

Hình 34. Bảng mặc định cho các phép đo độ bền tức thời. Thiết lập sẵn nguồn điện cấu hình máy hiện sóng dựa trên cài đặt cấu hình. Thang đo dọc được đặt theo điện áp đo được (Tự động) hoặc giá trị do người dùng chỉ định (Tùy chỉnh). Tiêu chuẩn được chọn xác định thang đo ngang. Dựa trên phép đo (LVRT hoặc HVRT), bộ kích hoạt được đặt thành runt hoặc cạnh với các mức thích hợp.  Nhấp vào nút Go (Bắt đầu) sẽ đặt máy hiện sóng để thu thập một lần và nó sẽ đợi bộ kích hoạt. 

Sau khi cấu hình, việc nhấn nút Cài đặt sẵn nguồn sẽ tự động chọn cài đặt thang đo và kích hoạt phù hợp để thu được nhiễu điện áp lưới không liên tục. Nhấn Go sẽ trang bị máy hiện sóng cho một Trình tự đơn. 

Kết quả đo

Hình 35 cho thấy một ví dụ về kết quả cho phép đo LVRT. Phép đo hiển thị điện áp và thời gian tại lỗi đầu tiên, và bất kỳ điểm chạm mặt nạ nào cũng hiển thị màu trắng trên dấu vết đo điện áp RMS.

Hình 35. Một lỗi vận hành xuyên suốt điện áp thấp, trong đó có vi phạm điện áp RMS. Kết quả vận hành xuyên suốt được hiển thị rõ ràng so với các mặt nạ thời gian điện áp đã xác định, giúp dễ dàng xác định các vấn đề tuân thủ. Các giới hạn thử nghiệm là các mặt nạ được xác định bởi các tiêu chuẩn CEA, IEEE 1547-2003, IEEE 1547-2018 (CAT-I, CAT-II và CAT-III), EVS-EN 50549 CAT-I và Tùy chỉnh, những tiêu chuẩn này xác định giới hạn biên để phục hồi cho điện áp RMS của bộ biến tần. Bất kỳ lần chạm mặt nạ nào trong các điều kiện vận hành xuyên suốt đều làm thử nghiệm thất bại.

Tạo báo cáo

Thu thập dữ liệu, lưu trữ và tài liệu hóa thường là những nhiệm vụ tẻ nhạt nhưng cần thiết trong quá trình thiết kế và phát triển. 4/5/6-PWR bao gồm một công cụ tạo báo cáo giúp việc tài liệu hóa các kết quả đo lường thực tế trở nên dễ dàng.

Bằng cách sử dụng chức năng "Lưu thành" của máy hiện sóng, một báo cáo hoàn chỉnh với bố cục được chỉ định sẽ được tạo và hiển thị trên màn hình máy hiện sóng.

Hình 36. Các báo cáo có sẵn ở định dạng tệp .MHT hoặc .PDF.

Tóm tắt

Bằng cách sử dụng các tùy chọn Phép đo và Phân tích Nguồn nâng cao trên máy hiện sóng MSO Dòng 4, 5 và 6, các kỹ sư có thể thực hiện các phép đo chính xác và có thể lặp lại một cách nhanh chóng và với rất ít thời gian thiết lập. Hơn hết, họ không cần phải tính toán thủ công! Ứng dụng máy hiện sóng thực hiện công việc, và bằng cách sử dụng các ảnh chụp màn hình và báo cáo, các kỹ sư có thể dễ dàng cung cấp tài liệu đầy đủ về cách thiết lập thiết bị, dạng sóng và kết quả đo.

Que đo nào phù hợp với ứng dụng của bạn?

Máy hiện sóng MSO Dòng 4, 5 và 6 đạt hiệu suất đo công suất tốt nhất khi kết hợp với các đầu dò công suất phù hợp. Các máy hiện sóng được trang bị giao diện đầu dò TekVPI cho phép giao tiếp giữa máy hiện sóng và các đầu dò. Vui lòng tham khảo www.tek.com/ phụ kiện để biết thông tin cụ thể về các mẫu đầu dò vi sai và dòng điện được khuyến nghị, bao gồm đầu dò cách ly IsoVu và đầu dò Rogowski, cũng như bất kỳ bộ điều hợp đầu dò cần thiết nào.