介绍
模拟电子在现代电路设计中起着至关重要的作用。 随着数字电子产品越来越流行，新毕业生的模拟和数字技能之间的差距越来越大。 对电气工程师而言，最重要的模拟概念之一是电路中的电源和电源管理。 无论数字工程如何发展，对电源概念以及它们如何影响我们今天设计和使用的技术的深刻理解始终是任何学生的一项关键技能。
为什么教学电源管理很重要
便携性、能效、尺寸和成本是任何现代电子产品设计的关键要素。电源管理教会我们如何通过交流/直流转换器、直流/直流转换器和电池管理等概念来支持高度集成的设计，从而满足日益增长的功能以及各种电压和电流需求。随着这些趋势的不断上升，行业对这方面知识的需求也将随之增长。不仅电气工程师能从对电源管理的深入了解中受益，在汽车行业的电动汽车 (EV) 等快速发展的领域，深入理解电源系统的核心概念至关重要。电动汽车的关键在于平衡续航里程、效率和电池供电能力。虽然电源工程师是这些设计的核心，但团队中的每一位成员都应具备系统级的电源知识。设计是一回事，确保其按预期运行才是电路设计和实验室测试相结合的关键所在。优秀的电源解决方案应兼顾尺寸、成本、效率、精度、响应速度和稳压性能。如今，学生和教授们可以经济实惠地使用直流/直流转换器教学板和测试设备，这些设备在实验室内外均可使用。TI-PMLK Wurth Elektroniks 电源教学板能够帮助他们掌握最常见的电源转换器类型：降压转换器（buck转换器）的实用知识。TI-PMLK Wurth Edition 和 Liquid Instruments 的 Moku:Go 为直流/直流电源教学提供了一套完整的解决方案。Moku:Go 是一个集成测试平台，内置 15 种以上的仪器，并且今年还将通过软件升级增加更多仪器。它还提供多种连接选项，例如 WiFi 热点和 USB-C 接口，以及可编程电源，用于分析直流/直流设计的所有参数，从而更好地帮助学生将电源管理理论与实际应用联系起来。
Moku:Go 如何让权力教育更容易获得和负担得起？
先进大学实验室（如电力电子）的一个常见问题是缺乏用于教授和测试电力解决方案所需设备的经济实惠的选择。 测试单步降压转换器所需的设备包括：
- 电源供应 [x1]
- 电子负载 [x1]
- 数字万用表 [x4]
- 示波器 [x1] 带电压和电流探头
- 频谱分析仪 [x1]
这套装置也需要相当大的空间，因为列出的所有测试设备通常都是独立的盒子，每个盒子都有不同的旋钮和拨盘，需要学习才能使用。学习电力电子课程的学生通常是工程专业的三年级或四年级学生，他们可能已经熟悉大部分设备，但是，设置每个单独的盒子并在电力电子实验室进行各种测量时不断切换，可能会很繁琐。Moku:Go 为电力电子教学中的这些问题提供了一个绝佳的解决方案，它既经济实惠又易于使用。它可以替代前面提到的大部分测试台装置，并且可以充当示波器、频谱分析仪、电源等等。这得益于 FPGA 的强大功能，它可以通过软件重新配置，变成任何一种或多种仪器。让我们快速了解一下如何使用这个集成测试平台来简化实验室设置和测量过程，方法是使用 TI-PMLK Wurth Elektronik Edition 中的 LM3475 稳压器来测量降压转换器的效率。
使用 Moku:Go 测量 LM3475 稳压器的效率
要测量电源转换器的效率，我们需要知道转换器的输入功率和输出功率。 这需要一个电源来提供输入功率，一个电子负载来汲取功率，一个示波器来查看时域中的电压信号，以及四个万用表，在输入和输出上分别测量两个电压和两个电流。 通常，这意味着要设置七个单独的盒子。
图 1：LM3475 稳压器测量实验设置
图 2：使用 Moku:Go 测量 LM3476 稳压器的实验设置 然而，如果我们使用 Moku:Go 来进行这项测量，则只需要设置两台设备。在这种情况下，Moku:Go 充当电源、四个数字万用表和示波器，电源部分重复使用，如图 2 所示，电源位于 Moku:Go 的背面。由于所有仪器都集成在一个软件环境中，并且可以在同一屏幕上查看，因此设置软件进行效率测量只需几分钟。只需点击几下，即可将这个新的测试平台重新配置为包含上述所有六个仪器，并且每个仪器的数据都会显示出来，类似于下图 3。
图 3：Moku Windows 软件测量设置 从上图可以看出，所有必要数据都显示在一个屏幕上，单位已自动转换为瓦特。左侧的电源屏幕显示输入电压和电流，示波器中的平均跟踪光标显示输出电压和电流。本练习的最后一步是将输入功率和输出功率代入下面的效率公式（1）。
(1) 使用上面图 3 中的信息，该转换器在负载为 500 mA 时的效率约为 86%。
结语
通过结合电力电子教学工具， TI-PMLK Wurth Elektronik 版本 和液体仪器的 Moku:Go，可以实现负担得起且方便的实验室。 不包括电子负载，整个大学测试台的价格要便宜得多，并且可以在几分钟内设置好供学生使用。 电源管理技能不会很快消失，这种适用于电力电子实验室的便携式解决方案可让学生随时随地学习这些技能。