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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Oscilloscopes numériques à phosphore. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Technique de mesure L'outil idéal pour les mesures dans les circuits de puissance Ces dernières années, il y a eu une augmentation marquée du nombre de développements de conception qui nécessitent des mesures de puissance dans les circuits de puissance. De plus, le concept même de "mesure de puissance" dans ces circuits a subi des changements importants. La raison en est l'utilisation généralisée des alimentations à découpage, qui font désormais partie intégrante de la plupart des appareils électroniques modernes, y compris les ordinateurs, ainsi que de nombreux appareils électroménagers. Jusqu'à une date relativement récente, les concepteurs d'alimentations étaient uniquement tenus de confirmer que les blocs qu'ils développaient fournissent la tension et le courant requis à un niveau d'ondulation donné. Aujourd'hui, les tâches des développeurs se sont compliquées. Désormais, le concepteur est notamment obligé de fournir des informations complètes sur les niveaux de puissance et la composition harmonique des interférences générées dans le réseau électrique par les alimentations à découpage. Ces paramètres des appareils qu'il développe doivent être conformes aux exigences des normes nationales et internationales de qualité de l'énergie dans les réseaux électriques (par exemple, la norme américaine IEEE 519-1992). Afin de vérifier avec compétence la conformité des dispositifs développés à ces normes, le concepteur doit être capable de mesurer les signaux de sortie des transistors de commutation à grande vitesse, le bruit de tension, les caractéristiques de puissance instantanée, etc. installations. De telles mesures peuvent être grandement simplifiées par les oscilloscopes universels d'une nouvelle classe - les oscilloscopes numériques à phosphore (DPO - Digital Phosphor Oscilloscope). Ces instruments fournissent tout ce dont vous avez besoin pour mesurer la puissance, y compris l'affichage en temps réel des changements de puissance, des capacités de déclenchement avancées et une interface intelligente pour travailler avec une large gamme de sondes (passives et actives, de courant, différentielles). Certains DLO intègrent des modules FFT (Fast Fourier Transform) qui simplifient grandement l'analyse harmonique du signal. Mieux que l'analogique, mieux que le numérique... Les tâches qui se posent lors de l'étude des caractéristiques des alimentations étant devenues beaucoup plus compliquées, les oscilloscopes temps réel analogiques (RTOS) et les oscilloscopes numériques à mémoire (DSO) ne sont plus assez efficaces aujourd'hui. Les DSO vous permettent d'analyser les processus se produisant dans les alimentations à découpage (UPS). Ils disposent d'une bande passante assez large, d'un système de synchronisation développé et permettent d'effectuer une analyse détaillée d'un signal stocké en mémoire, par exemple un transitoire. Cependant, en raison des limites de l'architecture DSO série, le temps entre les tirs adjacents est suffisamment long pour que des détails importants du signal puissent être perdus. De plus, les DSO affichent tous les détails du signal avec la même intensité, ce qui entraîne également une perte inévitable d'informations. Quant aux AOVR, ils affichent parfaitement les signaux, permettent de les reproduire en détail même avec un changement rapide. Par définition, l'AODS fournit des gradations d'intensité d'image sur l'écran, reflétant la fréquence d'apparition de certaines composantes du signal. Malheureusement, ces oscilloscopes ne stockent pas le signal, ne permettent pas d'effectuer des mesures complexes et d'analyser le signal comme un DSO. C'est pourquoi les concepteurs sont obligés d'utiliser ces deux dispositifs lors de la conception et du débogage d'un onduleur. La tâche consistant à combiner les avantages de l'AOVR et du DSO dans un seul appareil - CLO - a été résolue avec l'avènement d'une nouvelle architecture pour la construction d'oscilloscopes. Il est basé sur la technologie "luminophore numérique", qui imite numériquement le changement inhérent de l'intensité de l'image d'un AODS. En d'autres termes, DSO permet aux développeurs de voir à l'écran, par exemple, des signaux modulés et tous leurs détails fins, tout comme AODS, tout en assurant leur stockage, mesure et analyse, comme DSO. Mesure de puissance instantanée avec DLO Lors du développement d'un onduleur, il est nécessaire de connaître les valeurs instantanées de dissipation de puissance dans les interrupteurs de puissance à transistor (TSK). C'est la connaissance de ce paramètre qui permet de choisir un TSC (par exemple, un MOSFET puissant dans le circuit de la Fig. 1), qui serait peu coûteux, mais assurerait un fonctionnement fiable de l'appareil. La procédure de mesure de puissance instantanée comprend des mesures différentielles du courant pulsé dans le circuit correspondant. L'utilisation d'une sonde différentielle est obligatoire ici, car nous nous intéressons à la tension drain-source sur le MOSFET (V ds sur la figure 1), et aucune des bornes de ce transistor n'est connectée au fil commun. Le DSO, comme la plupart des autres oscilloscopes, n'est pas conçu pour des mesures directes de ces hautes tensions "flottantes". L'interface TekProbe niveau II DLO de l'oscilloscope TDS3000 prend en charge à la fois la sonde différentielle P5205 et la sonde de courant TCP202 pour des mesures de puissance instantanée d'une précision exceptionnelle sur une large bande passante.
Avant d'effectuer de telles mesures, il est nécessaire d'égaliser les retards dans les voies des sondes différentielles et de courant. Cette procédure est appelée "redressage". Les sondes mentionnées ci-dessus sont adaptées en retard de signal à une précision de 2 ns, mais d'autres sondes et d'autres combinaisons de celles-ci peuvent ne plus fournir une telle précision et doivent nécessairement être soumises à la procédure de "désalignement". Ceci est très important, car même de petites différences de temps entre les mesures de tension et de courant peuvent entraîner de grandes erreurs dans la mesure des valeurs de puissance instantanées. Comme les autres oscilloscopes numériques modernes, les DSO disposent d'une mémoire qui stocke notamment les valeurs de la différence de temps de retard entre différentes sondes. Il est mesuré à l'aide du DLC en fonction du signal de test, puis il est enregistré dans la mémoire du DLC. La fonction de réglage automatique, dont disposent presque tous les DSO et DSO, vous permet de définir les paramètres d'image initiaux sur l'écran de l'oscilloscope. Les résultats de la procédure de "redressage" sont automatiquement pris en compte. L'écran LCD couleur est très pratique pour afficher plusieurs signaux en même temps. Par exemple, vous pouvez attribuer différentes couleurs aux formes d'onde de tension, de courant et de puissance. Grâce à l'interface intelligente TekProbe de niveau II, les informations numériques seront lues et mises à l'échelle avec précision dans ce cas, de sorte qu'une interprétation supplémentaire des résultats n'est pas nécessaire. DSO (comme de nombreux DSO) a la capacité de traiter mathématiquement les signaux étudiés. Par conséquent, par exemple, les informations sur les valeurs de puissance instantanées sont obtenues en multipliant simplement - "point par point" - la valeur de tension actuelle par la valeur de courant correspondante. Sur la fig. 2 montre les résultats de la mesure de la tension et du courant et du calcul de la puissance instantanée tels qu'ils sont affichés sur l'écran DLC.
Étudier les signaux modulés La capacité du DLC à afficher des informations avec une intensité variable facilite grandement le dépannage de l'UPS, en particulier la détermination d'une profondeur de modulation de signal excessive dans les circuits de régulation de tension de sortie de l'UPS. Une modulation trop profonde est connue pour provoquer l'instabilité de l'onduleur. Sur la fig. 3 montre le signal dans la boucle de contrôle de la tension de sortie de l'ASI avec moins d'intensité dans les zones où la modulation est moins fréquente. DRO augmente l'intensité de l'image dans les zones de l'image où le signal apparaît le plus souvent, et cela est similaire à un oscilloscope analogique.
Le DSO est idéal pour afficher de tels signaux, car il a un taux d'acquisition de signal très élevé - plus de 50 fois plus rapide que le DSO. De plus, l'affichage numérique au phosphore permet d'observer les signaux modulés en temps réel. Recherche transitoire L'enregistrement des processus transitoires avec DLC est très simple. Cela utilise ses capacités de déclenchement de front pour définir la pente, le niveau, le type de lien et le délai de déclenchement. Si l'onduleur est déjà intégré au système, il peut être utile de synchroniser la forme d'onde du « problème » de l'onduleur à l'étude avec un signal provenant d'un point de test du système. Cela permettra, en particulier, d'identifier le synchronisme des processus transitoires dans le système et l'ASI et d'établir leur relation. Bien entendu, la tension continue de sortie de l'ASI doit être "propre" et sans transitoires. La combinaison d'un affichage d'informations connu sous le nom de "défilement" avec une détection de signal de crête permet au DLC de détecter des impulsions transitoires de courte durée sur des signaux à variation lente ou DC. Lors du "défilement", l'image "défile" lentement de droite à gauche, ressemblant au travail d'un enregistreur. Le Peak Detector détecte les pics dans le signal avec une durée minimale allant jusqu'à 1 ns et modifie la vitesse de balayage pour les étudier en détail. Etude de la composition harmonique L'étude des composantes harmoniques des signaux dans les circuits de puissance est une tâche très importante lors de la conception d'une ASI. Le fait est qu'ils excitent des interférences dans le réseau d'alimentation - des harmoniques impaires provenant de signaux d'impulsion agissant dans l'onduleur. De plus, lors de la connexion à un réseau, par exemple plusieurs ordinateurs, ces interférences peuvent se résumer et atteindre ainsi un niveau notable. Étant donné que ces composants (interférences) entraînent une augmentation de la génération de chaleur dans les lignes de transmission et les transformateurs de puissance, ils doivent être minimisés (par exemple selon CEI 555 et CEI 10003-2). Pour résoudre ce problème, un CLO avec des blocs supplémentaires convient. Par exemple, le TDS3000 peut être équipé d'un module FFT, faisant de l'oscilloscope un excellent outil de mesure de la distorsion harmonique. Dans ce cas, il est possible d'afficher simultanément le signal étudié et sa composition spectrale. La FFT peut être utilisée pour traiter à la fois les signaux en direct et stockés. De toute évidence, l'achat d'un tel appareil est plus rentable que l'achat d'un analyseur de distorsion harmonique spécialisé. De plus, cela permet aux développeurs d'utiliser non pas un nouvel instrument, mais un oscilloscope qu'ils connaissent déjà bien. La procédure de mesure des composantes harmoniques d'un signal n'est pas plus compliquée que les mesures classiques des paramètres de signaux périodiques, puisqu'il s'agit d'une séquence périodique répétitive d'impulsions, et non d'un transitoire. Pour obtenir une bonne résolution d'analyse, il faut afficher au moins cinq cycles du signal étudié sur l'écran de l'oscilloscope (voir Fig. 4).
L'utilisateur peut définir une échelle verticale linéaire ou logarithmique et diverses options pour les "fenêtres" FFT - rectangulaires, Hamming, Hanning et Blackman-Harris. Pour les signaux périodiques, la fenêtre de Hamming est la plus appropriée. La mise à l'échelle linéaire est couramment utilisée dans les mesures de puissance. La documentation des résultats de mesure est très importante dans la conception des appareils. Les CLO (ainsi que les OSC) offrent de nombreuses opportunités pour cela, ce qui facilite grandement la préparation des rapports. Un bouton spécial "copie papier" permet d'imprimer une image sur une imprimante à jet d'encre ou laser (connectée au port parallèle standard du CLO). Vous pouvez également l'enregistrer sur une disquette dans différents formats, notamment .BMP, .EPS, .TIF, etc. DSO : une percée dans la technologie des oscilloscopes L'oscilloscope à phosphore numérique combine non seulement les meilleures qualités des instruments analogiques et numériques, mais les dépasse également de manière significative. Il possède tous les avantages du DSO (du stockage des données aux types de synchronisation complexes), tout en offrant les capacités spéciales de l'AODS (réponse instantanée aux changements de signal et affichage du signal avec une luminosité variable). Cette dernière a été rendue possible par l'émulation de fluorescence numérique. La nouvelle série TDS3000 DSO de Tektronix est représentée par six modèles d'oscilloscopes à deux et quatre canaux avec une bande passante allant jusqu'à 500 MHz, qui ont un design compact, léger (3,3 kg) et, en option, autonomes source de courant. Auteur : A.Matvienko, responsable du développement du marché, Tektronix, (095)494-51-58
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