Zece sfaturi practice pentru utilizarea surselor de alimentare All-Electronics
Figura 1: Sursele de curent continuu din seria 663xx ale Keysight oferă diverse funcții pentru testarea dispozitivelor fără fir și cu baterie, în special pentru comunicațiile mobile. Keysight
Sursele de alimentare de laborator sunt văzute în general - și de obicei sunt - ansambluri simple. Cu toate acestea, utilizarea funcțiilor suplimentare încorporate pentru control și analiză poate crește considerabil performanța acestora. Următorul articol descrie diferite moduri în care funcțiile operaționale și de măsurare ale surselor de alimentare de laborator pot fi implementate mai eficient în setările de testare și în utilizarea de zi cu zi.
Sfat 1: Corectați pierderile de linie utilizând tehnologia cu patru fire
Când o unitate de alimentare părăsește fabrica, conexiunile sale de măsurare a controlului sunt de obicei conectate la bornele de ieșire. Acest lucru limitează funcțiile de reglare a tensiunii de alimentare - chiar și cu linii foarte scurte. Cu cât liniile sunt mai lungi și cu cât diametrul liniei este mai mic, cu atât este mai rău controlul. Acest lucru se agravează de îndată ce releele sunt utilizate pentru a comuta curentul la sarcină.
Prin teledetecție, sarcina este conectată la sursa de alimentare utilizând tehnologia cu patru fire. În timp ce terminalele de ieșire a sursei de alimentare sunt conectate la sarcină prin intermediul liniilor de alimentare, terminalele de detectare sunt conectate de la amplificatorul buclei de control al sursei de alimentare la sarcină printr-o linie separată cu 2 fire răsucite și ecranate. Acest lucru permite o reglare mai precisă la capătul liniilor electrice direct la sarcină în loc de la bornele de ieșire ale unității de alimentare, deoarece pierderile de linie sunt compensate de regulare.
Date esentiale
Multe funcții integrate suplimentare pentru control și analiză pot crește semnificativ performanța surselor de alimentare de laborator mai noi, pot reduce costurile perifericelor de control și măsurare externe, pot face interconectarea mai multor unități de alimentare cu energie mai sigure și pot genera profile de curent/tensiune și pot determina parametrii de performanță. Intrările senzoriale suplimentare ajută la compensarea liniilor de alimentare lungi, dezactivarea la distanță și oprirea suprasarcinii asigură mai multă siguranță și setarea automată a intervalului accelerează secvența de testare.
Sfat 2: Mai multă siguranță prin dezactivarea de la distanță și oprirea supraîncărcării
Dezactivarea de la distanță oferă o modalitate sigură de a opri sursa de alimentare din cauza anumitor stări de funcționare sau de a proteja operatorii de sistem, de exemplu dacă o ușă a dulapului de comandă este deschisă în mod neașteptat sau este apăsat un buton de oprire de urgență.
Implementarea are loc fie prin Remote Inhibit (RI), o intrare pe sursa de alimentare care dezactivează ieșirea de îndată ce conexiunea RI este scăzută, fie printr-un indicator de eroare discret (Discrete Fault Indicator, DFI), care furnizează un semnal imediat ce sursa de alimentare detectează o eroare definită de utilizator. DFI și RI pot fi conectate fără restricții (lanț de margaretă), astfel încât o defecțiune în orice alimentare oprește toate consumabilele din sistem.
Sfatul 3: reduceți interferențele/zgomotul în măsurătorile de semnal mic
Este mai ușor să preveniți apariția unor tulburări, decât să le filtrați ulterior. O sursă de alimentare cu interferențe reduse este cea mai bună modalitate de a evita zgomotul și alte perturbări în măsurători. Sursele de comutare pot fi utilizate cu succes aici dacă specificațiile lor au un curent de mod comun scăzut (
Figura 2: Programarea în jos cu FET împotriva descărcărilor GND suportă condensatorii mai rapid și permite schimbări mai rapide de tensiune. Livingston/Keysight
În plus, trebuie luate în considerare conexiunile dintre sursele de alimentare și dispozitivul supus testului (Device Under Test, DUT). Interferențele efectuate sunt adesea cauzate de bucle de masă care trebuie eliminate, astfel încât, în mod ideal, se utilizează o singură conexiune la masă sau un punct stelar. În rafturi, căile de distribuție DC trebuie să fie separate spațial de alte căi de linie care transportă curenți la sol.
Interferența radiată poate fi redusă utilizând cabluri răsucite, ecranate pentru cablurile de ieșire și de măsurare la distanță. Ecranele pentru cabluri trebuie conectate la masă doar la un capăt (masă/scut cu un singur capăt).
Se poate obține o interferență mai mică în modul comun prin potrivirea impedanțelor ieșirilor plus și minus la masă. Impedanța DUT trebuie, de asemenea, să fie potrivită cu masa la intrările sale plus și minus.
Vârfurile de tensiune de la DUT pot fi suprimate de un condensator de rezervă în vecinătatea sarcinii. Aceasta trebuie să aibă o impedanță scăzută la cele mai mari frecvențe de testare.
Sfat 4: Măriți viteza de testare prin programarea în jos
Fig. 3: O sursă auxiliară negativă este mai eficientă în programarea descendentă pentru tensiuni de ieșire mai mari decât circuitul din Fig. 2. Livingston/Keysight
Condensatoarele de ieșire din sursele de alimentare se descarcă foarte încet, cu sarcină mică sau deloc. Aceasta devine o problemă atunci când se testează cu tensiuni diferite, deoarece descărcarea lentă are ca rezultat și teste lente. Pentru a îmbunătăți acest lucru, circuitele de programare în jos ale surselor de alimentare asigură că tensiunea de ieșire este redusă rapid și, astfel, pentru timpi de descărcare mai rapide.
Sunt utilizate două tipuri de circuite de programare în jos: În prima variantă, un FET este plasat peste ieșiri. Dacă tensiunea de ieșire este mai mare decât valoarea setată, FET activează și descarcă condensatorul de ieșire (Figura 2). FET poate servi ca o chiuvetă pentru curenți între 10% și 20% din curentul de ieșire a sursei de alimentare. Acest lucru are ca rezultat o ușoară deteriorare a curentului de programare în jos în vecinătatea 0 V. Alternativ, programatorul în jos este plasat între conexiunea pozitivă a sursei de alimentare și o sursă negativă (Figura 3). Acest lucru trage ieșirea scăzută fără a provoca degradarea aproape de 0V.
Unele surse de alimentare pot scufunda un curent aproape de curentul total de ieșire. Aceasta înseamnă că pot fi utilizate ca sursă sau încărcare programabilă.
Sfatul 5: Auto-range simplifică configurarea
Figura 4: Surse de alimentare cu reglare automată controlează puterea maximă de ieșire în funcție de caracteristică. Livingston/Keysight
Deoarece spațiul din standurile și rafturile de testare este limitat, sursele de alimentare cu tensiuni și curenți reglabili sunt avantajoase. În acest fel, convertoarele DC/DC pot fi testate în diferite combinații de tensiune/curent cu aproximativ aceeași ieșire.
O sursă de alimentare DC simplă oferă doar o valoare de ieșire statică și oferă doar o tensiune maximă (Umax) și setarea curentului (Imax) pentru un punct de putere maxim (Pmax = Umax · Imax). Sursele de alimentare mai avansate au ieșiri multi-gamă cu autonomie automată pentru a acoperi numeroase combinații de tensiune/curent (Figura 4). Acest lucru face inutilă utilizarea diferitelor surse de alimentare.
Sfat 6: surse de alimentare în paralel sau în serie
O conexiune în serie de două sau mai multe surse de alimentare permite tensiuni de alimentare mai mari. Trebuie evitată depășirea tensiunii de plutire sau a tensiunilor negative de pe fiecare unitate de alimentare. Fiecare sursă de alimentare trebuie să fie reglabilă independent, să furnizeze o proporție egală din tensiunea totală de ieșire și să limiteze curentul la maximul pe care sarcina îl poate suporta în siguranță.
Conexiunea paralelă a mai multor unități de alimentare asigură curenți mai mari - dar există și restricții aici. O unitate master trebuie să funcționeze în modul de tensiune constantă (CV), cealaltă sursă de alimentare în modul de curent constant (CC). Sarcina de ieșire trebuie să atragă suficient curent pentru a menține unitățile CC în modul de control curent.
În sursele de alimentare moderne, ieșirile pot fi grupate pentru a oferi o singură ieșire cu curent și putere de ieșire mai mari.
Sfat 7: Analiza performanței cu instrumente de analiză internă a sursei de alimentare
Pentru a putea specifica sursa de alimentare pentru dispozitivele care sunt expuse la sarcini de curent dinamic și pulsat, trebuie determinate vârful și consumul mediu de curent continuu.
Acest lucru se face folosind un osciloscop, care poate fi utilizat pentru a monitoriza un șunt sau un senzor de curent. Este mai ușor și mai ieftin să utilizați o unitate de alimentare cu funcție de măsurare integrată. Modele precum sursa de comunicare mobilă Keysight 66300 DC stochează până la 4096 puncte de date cu intervale de eșantionare de la 15 µs la 31.200 s. La fel ca osciloscoapele, acestea captează datele tampon pre și post declanșare atunci când sunt depășite pragurile definite de utilizator.
Software-ul de caracterizare a dispozitivului funcționează cu surse de curent continuu care au o emulare a bateriei pentru a testa cu precizie proiectele pentru dispozitive de acces celulare, cu rază scurtă de acțiune și LAN fără fir. Testele sunt simplificate prin caracterizarea dinamică a curentului, stocarea datelor și măsurători CCDF (funcția de distribuție cumulativă complementară).
Sfatul 8: Caracterizarea curentului de pornire cu o sursă/analizor de curent alternativ
Caracterizarea curentului de intrare în faza de pornire poate dezvălui sarcini componente. În acest fel, puteți testa dacă un produs provoacă tulburări de rețea și, astfel, afectează alte produse. Analiza îi ajută, de asemenea, pe dezvoltatori să selecteze siguranțele și întrerupătoarele corespunzătoare.
Pentru măsurarea corespunzătoare sunt necesare o sursă de curent alternativ cu funcție de fază programabilă și port de declanșare de ieșire, un osciloscop digital și un senzor de curent. Sursele/analizatoarele avansate de curent alternativ cu funcționalitate integrată a generatorului, digitizarea semnalului curent, măsurarea curentului de vârf și sincronizarea pot efectua caracterizarea curentului de intrare fără cabluri și sincronizează instrumente separate. Analizoare similare sunt disponibile și pentru măsurători de curent continuu.
Sfat 9: Unitate de alimentare cu măsurare de curent integrată
Măsurarea exactă a curenților de alimentare DUT peste 10 A depășește domeniul de măsurare curent al unui multimetru digital (DMM). O opțiune este de a alege un șunt extern și modul de tensiune al DMM. Utilizarea sursei de alimentare personal este cea mai bună soluție. Multe surse de alimentare oferă un sistem de măsurare precis, inclusiv un șunt, care poate fi activat cu o singură comandă. Cu o precizie de circa ± 0,5% (sau mai bine) curenți mari de ieșire, avantajele surselor de curent cu măsurare integrată a curentului devin evidente. Șuntul integrat este mai puțin precis atunci când măsoară curenți mici. Cu toate acestea, o unitate de alimentare cu măsurare a curentului multiplu acoperă majoritatea cerințelor și oferă o precizie la scară completă de 0,04% + 15 µA la curenți mici (100 mA) sau 0,04% + 160 µA la curenți mai mari (3 A).
Sfat 10: Generați semnale DC cu modul listă
Figura 5: Alimentatoarele cu funcție generator pot genera secvențe complexe de semnal DC dintr-o listă de mai multe puncte de interpolare (timp, tensiune). Diagrama de sincronizare de mai sus arată un semnal de tensiune arbitrar simplu cu două repetări. Livingston/Keysight
În loc de un convertor DA sau un generator de semnal arbitrar prin intermediul controlului extern al unei unități de alimentare cu energie, este mai avantajos să utilizați o sursă de alimentare cu modul listă. Acest mod permite secvențe complexe de schimbări de ieșire care pot fi generate cu sincronizare rapidă și precisă și sincronizate intern sau extern. Pot fi generate semnale DC complexe, inclusiv secvențe de impulsuri, rampe, scări (Fig. 5), semnale sinusoidale de joasă frecvență cu offset DC, semnale arbitrare de tensiune și curent. Odată ce o listă de comenzi este stocată în sursa de alimentare, întreaga listă este executată dintr-o singură comandă. Exemple de aplicații sunt testul PSRR, simularea profilurilor de pornire a vehiculului și generarea de abandonuri de impulsuri.