Десять практичних порад щодо використання джерел живлення All-Electronics
Рис. 1: Джерела постійного струму серії 663xx від Keysight пропонують різні функції для тестування бездротових та акумуляторних пристроїв, особливо для мобільного зв'язку. Кейзіт
Лабораторні джерела живлення переважно переглядаються - і зазвичай це - прості збірки. Однак використання додаткових вбудованих функцій для управління та аналізу може значно підвищити їх продуктивність. Наступна стаття описує різні способи, за допомогою яких робочі та вимірювальні функції лабораторних джерел живлення можуть бути реалізовані більш ефективно в тестових установках та повсякденному використанні.
Порада 1. Виправте втрати лінії за допомогою чотирипровідної технології
Коли блок живлення залишає завод, його контрольні вимірювальні з'єднання, як правило, підключаються до вихідних клем. Це обмежує функції регулювання напруги живлення - навіть при дуже коротких лініях. Чим довші лінії і чим менший діаметр лінії, тим гірше регулювання. Це погіршується, як тільки реле використовуються для перемикання струму на навантаження.
За допомогою дистанційного зондування навантаження підключається до джерела живлення за технологією чотирьох проводів. У той час як вихідні клеми джерела живлення підключені до навантаження за допомогою ліній електропередач, сенсорні клеми підключені до навантаження через окрему скручену та екрановану 2-х дротову лінію від підсилювача контуру управління джерелом живлення. Це забезпечує більш точне регулювання в кінці ЛЕП безпосередньо на навантаженні, а не на вихідних клем блоку живлення, оскільки втрати в лінії компенсуються регулюванням.
Ключові дані
Багато додаткових інтегрованих функцій для управління та аналізу можуть значно підвищити продуктивність нових лабораторних джерел живлення, знизити вартість зовнішнього керування та вимірювальної периферії, зробити взаємозв'язок декількох блоків живлення більш безпечним, а також сформувати профілі струму/напруги та визначити параметри роботи. Додаткові сенсорні входи допомагають компенсувати довгі лінії подачі, віддалена деактивація та відключення від перевантаження забезпечують більшу безпеку, а автоматичне налаштування діапазону прискорює послідовність тестів.
Порада 2: Більша безпека завдяки віддаленій деактивації та відключенню від перевантаження
Віддалена деактивація пропонує безпечний спосіб вимкнення електроживлення через певні робочі стани або захист системних операторів, наприклад, якщо дверцята шафи управління несподівано відкриваються або натискається кнопка аварійної зупинки.
Реалізація відбувається або через віддалене блокування (RI), вхід на джерелі живлення, який деактивує вихід, як тільки з'єднання RI стає низьким, або через дискретний індикатор несправності (Discrete Fault Indicator, DFI), який подає сигнал, як тільки блок живлення виявляє визначену користувачем помилку. DFI та RI можуть бути з'єднані ланцюгами без будь-яких обмежень, так що несправність будь-якого джерела живлення відключає всі джерела живлення в системі.
Порада 3: зменшіть перешкоди/шум при вимірюванні малого сигналу
Легше запобігти виникненню порушень, а не фільтрувати їх потім. Блок живлення з низькими перешкодами - найкращий спосіб уникнути шуму та інших порушень у вимірах. Тут можна успішно використовувати імпульсні джерела живлення, якщо їх технічні характеристики мають низький струм загального режиму (
Рисунок 2: Програмування вниз за допомогою FET проти розрядів GND швидше підтримує конденсатори і дозволяє швидше змінювати напругу. Лівінгстон/Кейзіт
Крім того, слід враховувати зв’язки між джерелами живлення та випробовуваним пристроєм (DUT). Провідні перешкоди часто спричинені заземлюючими петлями, які доводиться усувати, так що в ідеалі використовується лише одне заземлення або одна зіркова точка. У стійках шляхи розподілу постійного струму повинні бути просторово відокремлені від інших лінійних шляхів, які несуть струми землі.
Випромінювані перешкоди можна зменшити, використовуючи скручені екрановані кабелі для вихідних та дистанційних вимірювальних кабелів. Кабельні екрани слід підключати до заземлення лише одним кінцем (односторонній заземлення/екран).
Більш низькі загальномодові перешкоди можуть бути досягнуті шляхом узгодження імпедансів плюсових і мінусових виходів з землею. Імпеданс DUT також повинен бути узгоджений із землею на своїх плюсових і мінусових входах.
Піки напруги з DUT можуть бути придушені резервним конденсатором поблизу навантаження. Це повинно мати низький опір на найвищих частотах тесту.
Порада 4: Збільште швидкість тесту, програмуючи вниз
Рис. 3: Негативне допоміжне джерело є більш ефективним при програмуванні вниз для вищих вихідних напруг, ніж схема з Рис. 2. Livingston/Keysight
Вихідні конденсатори в джерелах живлення розряджаються дуже повільно, з невеликим навантаженням або без нього. Це стає проблемою при випробуванні з різними напругами, оскільки повільний розряд також призводить до повільних випробувань. Для того, щоб це покращити, схеми понижуючого програмування в джерелах живлення забезпечують швидке зниження вихідної напруги і, таким чином, для швидшого розряду.
Використовуються два типи схем понижуючого програмування: У першому варіанті над виходами розміщується поле транзистора. Якщо вихідна напруга перевищує встановлене значення, FET активує і розряджає вихідний конденсатор (рис. 2). Польовий транзистор може служити поглиначем струмів від 10 до 20% вихідного струму джерела живлення. Це призводить до незначного погіршення струму програмування вниз в районі 0 В. Або ж програміст пуску розміщується між позитивним підключенням джерела живлення та негативним джерелом (рис. 3). Це виводить вихід на низький рівень, не викликаючи погіршення близько 0V.
Деякі джерела живлення можуть подавати струм, близький до повного вихідного струму. Це означає, що їх можна використовувати як програмоване джерело або навантаження.
Порада 5. Автоматичне масштабування спрощує налаштування
Малюнок 4: Джерела живлення з автоматичним регулюванням діапазону регулюють максимальну вихідну потужність відповідно до характеристики. Лівінгстон/Кейзіт
Оскільки простір у стендах та стійках обмежений, вигідні джерела живлення з регульованою напругою та струмом. Таким чином, перетворювачі постійного струму/постійного струму можна випробувати під різними комбінаціями напруги/струму з приблизно однаковим виходом.
Просте джерело живлення постійного струму забезпечує лише статичне вихідне значення і пропонує лише максимальну напругу (Umax) і значення струму (Imax) для точки максимальної потужності (Pmax = Umax · Imax). Більш вдосконалені джерела живлення мають багатодіапазонні виходи з автоматичним регулюванням, щоб покрити численні комбінації напруги/струму (рис. 4). Це робить використання різних джерел живлення непотрібним.
Порада 6: джерела живлення в паралельній або послідовній роботі
Послідовне підключення двох або більше джерел живлення забезпечує вищі напруги живлення. Слід уникати перевищення плаваючої або негативної напруги на кожному блоці живлення. Кожне джерело живлення повинно бути незалежно регульованим, подавати рівну частку від загальної вихідної напруги та обмежувати струм до максимуму, з яким навантаження може безпечно справлятися.
Паралельне підключення декількох джерел живлення забезпечує більший струм - але тут також є обмеження. Один головний блок повинен працювати в режимі постійної напруги (CV), інші джерела живлення в режимі постійного струму (CC). Вихідне навантаження повинно отримувати достатньо струму, щоб утримувати блоки CC в поточному режимі управління.
У сучасних джерелах живлення виходи можуть бути згруповані для забезпечення єдиного виходу з більшими вихідними струмами та потужністю.
Порада 7: Аналіз продуктивності за допомогою інструментів внутрішнього аналізу джерел живлення
Для того, щоб мати можливість вказати джерело живлення для пристроїв, які зазнають динамічних та імпульсних струмових навантажень, слід визначити пік та середнє споживання постійного струму.
Це робиться за допомогою осцилографа, за допомогою якого можна контролювати шунт або датчик струму. Простіше і дешевше використовувати блок живлення з інтегрованою функцією вимірювання. Такі моделі, як джерело постійного струму мобільного зв’язку Keysight 66300, зберігають до 4096 точок даних з інтервалами дискретизації від 15 мкс до 31200 с, і як осцилографи, збирають дані буферу перед та після запуску, коли перевищуються порогові значення.
Програмне забезпечення для характеристик пристроїв працює з джерелами постійного струму, які мають емуляцію акумулятора, щоб точно перевірити конструкції стільникових пристроїв радіозв’язку короткого радіусу дії та бездротової мережі. Тести спрощуються за допомогою динамічної характеристики струму, зберігання даних та вимірювань CCDF (додаткова функція кумулятивного розподілу).
Порада 8: Характеристика пускового струму за допомогою джерела змінного струму/аналізатора
Характеристика пускового струму над фазою включення може виявити навантаження на компоненти. Таким чином, ви можете перевірити, чи не спричиняє продукт мережеві збурення і, отже, впливає на інші продукти. Аналіз також допомагає розробникам вибрати відповідні запобіжники та автоматичні вимикачі.
Для відповідного вимірювання необхідні джерело змінного струму з програмованою фазовою функцією та вихідним порту тригера, цифровий осцилограф та датчик струму. Удосконалені джерела живлення/аналізатори змінного струму із вбудованою функціональністю генератора, оцифруванням поточного сигналу, вимірюванням та синхронізацією пікового струму можуть виконувати характеристику пускового струму без кабелів та синхронізувати окремі прилади. Подібні аналізатори також доступні для вимірювань постійного струму.
Порада 9: Блок живлення з інтегрованим вимірюванням струму
Точне вимірювання струмів живлення DUT вище 10 А виходить за межі діапазону вимірювання цифрового мультиметра (DMM). Одним із варіантів є вибір зовнішнього шунта та режиму напруги DMM. Краще рішення використовувати самостійно джерело живлення. Багато джерел живлення пропонують точну систему вимірювання, включаючи шунт, який можна активувати однією командою. З точністю близько ± 0,5% (або вище) високих вихідних струмів стають очевидними переваги джерел струму з інтегрованим вимірюванням струму. Вбудований шунт менш точний при вимірюванні малих струмів. Однак блок живлення з вимірюванням діапазону багатострумів відповідає більшості вимог і пропонує повномасштабну точність 0,04% + 15 мкА при низьких струмах (100 мА) або 0,04% + 160 мкА при більших струмах (3 А).
Порада 10: Створюйте сигнали постійного струму в режимі списку
Рисунок 5: Блоки живлення з функцією генератора можуть генерувати складні послідовності сигналів постійного струму зі списку декількох опорних точок (час, напруга). На часовій діаграмі вище показаний простий довільний сигнал напруги з двома повтореннями. Лівінгстон/Кейзіт
Замість перетворювача DA або довільного генератора сигналу через зовнішнє управління блоком живлення вигідніше використовувати блок живлення з режимом списку. Цей режим забезпечує складні послідовності вихідних змін, які можна генерувати з швидким і точним синхронізацією та синхронізувати внутрішньо або зовні. Можуть генеруватися складні сигнали постійного струму, включаючи імпульсні послідовності, пандуси, сходи (рис. 5), низькочастотні синусоїдальні сигнали зі зміщенням постійного струму, довільні сигнали напруги та струму. Як тільки список команд зберігається в блоці живлення, весь список виконується з однієї команди. Прикладом застосування є тест PSRR, моделювання профілів запуску транспортного засобу та генерація відсіву імпульсів.