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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Osciloscopios digitales de fósforo. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición La herramienta ideal para mediciones en circuitos de potencia En los últimos años, ha habido un marcado aumento en el número de desarrollos de diseño que requieren mediciones de potencia en circuitos de potencia. Además, el propio concepto de "medida de potencia" en estos circuitos ha sufrido cambios significativos. La razón de esto es el uso generalizado de fuentes de alimentación conmutadas, que se han convertido en una parte integral de la mayoría de los dispositivos electrónicos modernos, incluidas las computadoras, así como muchos electrodomésticos. Hasta hace relativamente poco tiempo, a los diseñadores de fuentes de alimentación solo se les pedía que confirmaran que los bloques que desarrollaron proporcionaban el voltaje y la corriente requeridos en un nivel de ondulación determinado. Hoy en día, las tareas de los desarrolladores se han vuelto más complicadas. Ahora el diseñador está obligado, en particular, a dar información completa sobre los niveles de potencia y la composición armónica de la interferencia generada en la red eléctrica por las fuentes de alimentación conmutadas. Estos parámetros de los dispositivos que desarrolla deben cumplir con los requisitos de los estándares nacionales e internacionales de calidad de energía en redes eléctricas (por ejemplo, el estándar estadounidense IEEE 519-1992). Para verificar de manera competente que los dispositivos desarrollados cumplan con estos estándares, el diseñador debe poder medir las señales de salida de los transistores de conmutación de alta velocidad, el ruido de voltaje, las características de potencia instantánea, etc. instalaciones. Tales mediciones pueden simplificarse en gran medida con osciloscopios universales de una nueva clase: osciloscopios de fósforo digital (DPO - Osciloscopio de fósforo digital). Estos instrumentos brindan todo lo que necesita para medir la potencia, incluida la visualización en tiempo real de los cambios de potencia, capacidades de activación avanzadas y una interfaz inteligente para trabajar con una amplia gama de sondas (pasivas y activas, de corriente, diferenciales). Algunos DLO incorporan módulos FFT (Fast Fourier Transform), que simplifican enormemente el análisis armónico de la señal. Mejor que analógico, mejor que digital... Dado que las tareas que surgen al estudiar las características de las fuentes de alimentación se han vuelto mucho más complicadas, los osciloscopios analógicos en tiempo real (RTOS) y los osciloscopios de almacenamiento digital (DSO) ya no son lo suficientemente efectivos en la actualidad. Los DSO le permiten analizar los procesos que ocurren en las fuentes de alimentación conmutadas (UPS). Tienen un ancho de banda bastante amplio, un sistema de sincronización desarrollado y permiten realizar un análisis detallado de una señal almacenada en la memoria, por ejemplo, un transitorio. Sin embargo, debido a las limitaciones de la arquitectura DSO en serie, el tiempo entre disparos adyacentes es lo suficientemente largo como para que se pierdan detalles importantes de la señal. Además, los DSO muestran todos los detalles de la señal con la misma intensidad, lo que también conduce a una pérdida inevitable de información. En cuanto a los AOVR, muestran perfectamente las señales, te permiten reproducirlas en detalle incluso con un cambio rápido. Por definición, AODS proporciona gradaciones de intensidad de imagen en la pantalla, lo que refleja la frecuencia de ocurrencia de ciertos componentes de la señal. Desafortunadamente, estos osciloscopios no almacenan la señal, no le permiten realizar mediciones complejas y analizar la señal como un DSO. Es por eso que los diseñadores se ven obligados a usar ambos dispositivos al diseñar y depurar un UPS. La tarea de combinar las ventajas de AOVR y DSO en un dispositivo, CLO, se resolvió con la llegada de una nueva arquitectura para construir osciloscopios. Se basa en la tecnología de "fósforo digital", que imita digitalmente el cambio inherente en la intensidad de la imagen de un AODS. En otras palabras, DSO permite a los desarrolladores ver en la pantalla, por ejemplo, señales moduladas y todos sus detalles finos, al igual que AODS, al tiempo que proporciona su almacenamiento, medición y análisis, como DSO. Medida de potencia instantánea con DLO A la hora de desarrollar un SAI es necesario conocer los valores instantáneos de disipación de potencia en interruptores de potencia de transistores (TSK). Es el conocimiento de este parámetro lo que hace posible elegir un TSC (por ejemplo, un MOSFET potente en el circuito de la Fig. 1), que sería económico, pero garantizaría un funcionamiento confiable del dispositivo. El procedimiento de medición de potencia instantánea incluye mediciones diferenciales de la corriente pulsada en el circuito respectivo. El uso de una sonda diferencial es obligatorio aquí, ya que estamos interesados en el voltaje de drenaje a fuente en el MOSFET (V ds en la Fig. 1), y ninguno de los terminales de este transistor está conectado al cable común. El DSO, como la mayoría de los otros osciloscopios, no está diseñado para mediciones directas de estos altos voltajes "flotantes". La interfaz DLO de nivel II TekProbe del osciloscopio TDS3000 admite tanto la sonda diferencial P5205 como la sonda de corriente TCP202 para mediciones de potencia instantáneas excepcionalmente precisas en un amplio ancho de banda.
Antes de realizar dichas medidas, es necesario igualar los retardos en los canales de las sondas diferencial y de corriente. Este procedimiento se denomina "desviación". Las sondas mencionadas anteriormente se emparejan en el retraso de la señal con una precisión de 2 ns, pero es posible que otras sondas y otras combinaciones de ellas ya no proporcionen tal precisión y necesariamente deben someterse al procedimiento de "desviación". Esto es muy importante, porque incluso pequeñas diferencias de tiempo entre las mediciones de voltaje y corriente pueden conducir a grandes errores en la medición de valores de potencia instantáneos. Al igual que otros osciloscopios digitales modernos, los DSO tienen una memoria que, en particular, almacena los valores de la diferencia de tiempos de retardo entre diferentes sondas. Se mide con la ayuda del DLC de acuerdo con la señal de prueba y luego se registra en la memoria del DLC. La función de configuración automática, que tiene casi cualquier DSO y DSO, le permite configurar los parámetros de imagen iniciales en la pantalla del osciloscopio. Los resultados del procedimiento de "corrección del sesgo" se tienen en cuenta automáticamente. La pantalla LCD a color es muy conveniente para mostrar múltiples señales al mismo tiempo. Por ejemplo, puede asignar diferentes colores a las formas de onda de tensión, corriente y potencia. Gracias a la interfaz inteligente TekProbe nivel II, la información digital se leerá y escalará con precisión en este caso, por lo que no se requiere una interpretación adicional de los resultados. DSO (como muchos DSO) tiene la capacidad de procesar matemáticamente las señales estudiadas. Así, por ejemplo, la información sobre valores de potencia instantáneos se obtiene simplemente multiplicando -"punto por punto"- el valor de tensión actual por el valor de corriente correspondiente. En la fig. 2 muestra los resultados de medir el voltaje y la corriente y calcular la potencia instantánea tal como se muestran en la pantalla DLC.
Estudio de señales moduladas La capacidad del DLC para mostrar información con intensidad variable facilita en gran medida la resolución de problemas del UPS, especialmente la determinación de una profundidad de modulación de señal excesiva en los circuitos de regulación de voltaje de salida del UPS. Se sabe que una modulación demasiado profunda provoca inestabilidad en el SAI. En la fig. 3 muestra la señal en el lazo de control de tensión de salida del SAI con menor intensidad en las zonas donde la modulación es menos frecuente. DRO aumenta la intensidad de la imagen en áreas de la imagen donde la señal aparece con mayor frecuencia, y esto es similar a un osciloscopio analógico.
El DSO es ideal para mostrar este tipo de señales, ya que tiene una tasa de adquisición de señal muy alta, más de 50 veces más rápida que DSO. Además, la pantalla de fósforo digital permite observar las señales moduladas en tiempo real. Investigación transitoria El registro de procesos transitorios con DLC es muy sencillo. Esto utiliza sus capacidades de activación de borde para establecer la pendiente, el nivel, el tipo de enlace y el retardo de activación. Si el SAI ya está integrado en el sistema, puede ser útil sincronizar la forma de onda del 'problema' del SAI bajo investigación con una señal tomada de un punto de prueba en el sistema. Esto permitirá, en particular, identificar el sincronismo de procesos transitorios en el sistema y el SAI y establecer su relación. Por supuesto, la tensión de salida DC del SAI debe estar "limpia" y sin transitorios. La combinación de una pantalla de información conocida como "desplazamiento" con detección de señal máxima permite que el DLC detecte pulsos transitorios de corta duración en señales de variación lenta o CC. Al "desplazarse", la imagen se "desplaza" lentamente de derecha a izquierda, asemejándose al trabajo de una grabadora. El detector de picos detecta picos en la señal con una duración mínima de hasta 1 ns y cambia la velocidad de barrido para estudiarlos en detalle. Estudio de la composición armónica El estudio de los componentes armónicos de las señales en los circuitos de potencia es una tarea muy importante a la hora de diseñar un SAI. El hecho es que provocan interferencias en la red de suministro: armónicos extraños de las señales de pulso que actúan en el UPS. Además, cuando se conectan a una red, por ejemplo, varios ordenadores, estas interferencias pueden sumarse y alcanzar como resultado un nivel notable. Dado que estos componentes (interferencias) conducen a una mayor generación de calor en las líneas de transmisión y los transformadores de potencia, deben minimizarse (p. ej., según IEC 555 e IEC 10003-2). Para resolver este problema, es adecuado un CLO con bloques adicionales. Por ejemplo, el TDS3000 puede equiparse con un módulo FFT, lo que convierte al osciloscopio en una excelente herramienta para medir la distorsión armónica. En este caso, es posible visualizar simultáneamente la señal en estudio y su composición espectral. La FFT se puede utilizar para procesar señales en vivo y almacenadas. Obviamente, la compra de una unidad de este tipo es más rentable que la compra de un analizador de distorsión armónica especializado. Además, esto permite a los desarrolladores no utilizar un instrumento nuevo, sino un osciloscopio que ya conocen bien. El procedimiento para medir los componentes armónicos de una señal no es más complicado que las mediciones convencionales de los parámetros de las señales periódicas, ya que son una secuencia periódica repetitiva de pulsos, y no un transitorio. Para obtener una buena resolución de análisis, debe mostrar al menos cinco ciclos de la señal en estudio en la pantalla del osciloscopio (consulte la Fig. 4).
El usuario puede especificar una escala vertical lineal o logarítmica y varias opciones para "ventanas" FFT: rectangular, Hamming, Hanning y Blackman-Harris. Para señales periódicas, la ventana de Hamming es la más adecuada. La escala lineal se usa comúnmente en mediciones de potencia. La documentación de los resultados de las mediciones es muy importante en el diseño de dispositivos. Los CLO (así como las OSC) brindan amplias oportunidades para esto, lo que facilita enormemente la preparación de informes. Un botón especial de "copia impresa" le permite imprimir una imagen en una impresora de inyección de tinta o láser (conectada al puerto paralelo estándar del CLO). También puede guardarlo en un disquete en varios formatos, incluidos .BMP, .EPS, .TIF, etc. DSO: un gran avance en la tecnología de osciloscopios El osciloscopio de fósforo digital no solo combina las mejores cualidades de los instrumentos analógicos y digitales, sino que también los supera significativamente. Tiene todas las ventajas de DSO (desde almacenamiento de datos hasta tipos complejos de sincronización), mientras que al mismo tiempo brinda las capacidades especiales de AODS (respuesta instantánea a cambios de señal y visualización de señal con brillo variable). Esto último fue posible gracias a la emulación de fluorescencia digital. La nueva serie TDS3000 DSO de Tektronix está representada por seis modelos de osciloscopios de dos y cuatro canales con un ancho de banda de hasta 500 MHz, que cuentan con un diseño compacto, peso ligero (3,3 kg) y, como opción, fuente de alimentación autónoma. Autor: A.Matvienko, Gerente de Desarrollo de Mercado, Tektronix, (095)494-51-58
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