Obținerea unei înțelegeri puternice a cerințelor de alimentare, a toleranței maxime la zgomot și a specificațiilor critice ajută la o imagine mai clară.
Deși sursele de alimentare cu curent continuu variabil pot părea instrumente relativ simple, inginerii se bazează pe ele pentru a furniza tensiuni și curenți stabili, preciși și curați, indiferent de sarcină. Pentru a identifica sursa de alimentare adecvată pentru o anumită aplicație, trebuie să găsiți răspunsuri la câteva întrebări importante și să înțelegeți cum sunt specificate sursele de alimentare.
Alocați suficient timp la începutul procesului de selecție pentru a lua în considerare următoarele întrebări despre alimentarea cu energie electrică - va economisi timp și bani substanțiali mai târziu în procesul de configurare a sistemului.
Câtă putere necesită aplicația pentru a energiza dispozitivul testat (DUT)? Care sunt cerințele maxime de tensiune și curent?
Diferite tipuri de surse de alimentare pot avea plicuri de alimentare foarte diferite (Fig. 1a, b și c). Într-o sursă de alimentare dreptunghiulară extrem de versatilă, orice curent poate fi alimentat la sarcină la orice nivel de tensiune. Un alt tip are mai multe plicuri dreptunghiulare pentru mai multe game. Ultimul anvelopă de putere oferă opțiunea de valori mai mari ale unui parametru în detrimentul celuilalt. De exemplu, o sursă cu acest tip de plic poate produce un nivel mai mare de curent, dar numai la o tensiune maximă mai mică.
Cu toate acestea, alte surse pot furniza un anvelopă hiperbolică care oferă o tranziție mai continuă decât sursele de alimentare cu mai multe game. În acest tip de aprovizionare, un parametru este invers proporțional cu celălalt. Sursele de ieșire de mare putere tind să aibă fie un anvelopă multi-gamă, fie un hiperbolic. Pentru a face selecția corectă, luați timp pentru a evalua nivelurile de putere cerute de aplicație.
De câte rezultate am nevoie?
Sursele de alimentare multi-ieșire cu o precizie ridicată a ieșirii au devenit mai accesibile, dar este logic să ne întrebăm ce aplicații le cer într-adevăr și cele în care nu sunt o necesitate. În multe cazuri, o singură ieșire este suficientă, dar sursele cu mai multe ieșiri pot oferi uneori câteva avantaje importante:
• Atunci când creați un dispozitiv care are circuite digitale și analogice sau circuite bipolare, o sursă de alimentare cu mai multe ieșiri va fi cea mai convenabilă sursă de alimentare. Sursele de alimentare cu ieșire triplă conțin în mod obișnuit două ieșiri de tensiune mai mare pentru circuitele analogice (pentru alimentarea circuitelor multi-tensiune sau pentru a crea surse de alimentare bipolare pentru testarea circuitelor analogice bipolare) și o a treia ieșire destinată alimentării unui circuit digital. De asemenea, multe surse de alimentare cu triplă ieșire mențin o ieșire fixă de 5 V pentru a treia sursă de ieșire. Dacă această tensiune trebuie să fie variată sau dacă circuitul digital este alimentat cu o tensiune mai mică, a treia ieșire nu poate fi utilizată pentru a alimenta acel circuit. Prin urmare, pentru cea mai mare flexibilitate, asigurați-vă că toate cele trei ieșiri sunt programabile.
• Dacă DUT necesită secțiuni individuale de alimentare cu energie izolată, trebuie luată decizia: configurați mai multe surse izolate (care pot fi costisitoare și inconveniente de operat) sau cumpărați o sursă de mai multe ieșiri. Problema este că alimentările cu mai multe ieșiri pot avea ieșiri izolate sau canale de ieșire legate de un punct comun de pe partea lor joasă. Când ieșirile se conectează la același punct comun, nu sunt potrivite pentru a alimenta circuite izolate una de alta.
• Modelele de plăci digitale includ deseori circuite care funcționează la tensiuni diferite. Când testați aceste circuite cu surse de alimentare externe, este important să porniți circuitele în ordinea corectă pentru a evita tensiunea și deteriorarea circuitelor de joasă tensiune. Pentru aplicațiile care necesită circuite de alimentare în sus și în jos într-o secvență specifică, o sursă multi-ieșire cu ieșiri controlabile independent este de obicei mai bună decât un set de surse individuale.
• Pentru aplicațiile care necesită aprovizionarea cu mai multă tensiune sau curent dincolo de capacitatea unei singure ieșiri, unele surse de alimentare multi-ieșire permit combinarea ieșirilor în serie sau în paralel. Problema este că o sursă multi-ieșire care are o ieșire pozitivă și o ieșire negativă cu conexiunile lor joase legate între ele (neizolate) nu poate paralela cele două ieșiri. Pentru a asigura flexibilitate, căutați o sursă de alimentare cu mai multe ieșiri, cu ieșiri izolate.
• În timpul dezvoltării circuitului, este esențial să confirmați că circuitul funcționează în conformitate cu specificațiile sale de performanță peste domeniul său de funcționare de tensiune definit. Alimentările cu mai multe ieșiri cu funcționalitate de urmărire oferă o modalitate convenabilă de a testa un circuit bipolar prin conectarea ambelor canale (ieșiri configurate pozitiv și ieșiri configurate negativ), astfel încât acestea să se schimbe sincron între ele.
| Descărcați acest articol în format .PDF Acest tip de fișier include grafică și schemă de înaltă rezoluție, atunci când este cazul. |
Ce nivel de precizie de ieșire este necesar?
Dacă controlul strict al tensiunii la sarcină este esențial pentru experimentarea cercetării sau caracterizarea dispozitivului, este important să revizuiți precizia de ieșire a sursei de alimentare și specificațiile de citire. Chiar și acea precizie poate fi compromisă dacă alimentarea controlează tensiunea la bornele sale de ieșire. Controlul feedback-ului la DUT este esențial; adică alimentarea trebuie să includă conexiuni de detectare (teledetecție) care se pot conecta la DUT unde sunt conectate și cablurile de alimentare. (Fig. 2)
2. Teledetecția asigură livrarea tensiunii programate la sarcină. Circuitele de detectare trebuie să măsoare tensiunea la DUT astfel încât alimentarea să poată compensa orice cădere de tensiune în cablurile de testare. Indiferent cât de precisă este sursa de alimentare, este imposibil să garantăm că tensiunea de ieșire programată este egală cu tensiunea la sarcina DUT. Acest lucru se datorează faptului că o sursă de alimentare cu doar două terminale sursă își reglează doar tensiunea la terminalele sale de ieșire. Cu toate acestea, tensiunea care trebuie reglată este la sarcina DUT, nu la bornele de ieșire ale sursei de alimentare. (Faceți clic pentru o imagine mai mare.)
Rețineți că firele de plumb separă sursa de alimentare și sarcina. Rezistența firelor, RLEAD, este determinată de lungimea cablului, materialul de conductivitate al materialului conductorului și geometria conductorului. Tensiunea la sarcină este:
Dacă sarcina necesită curent mare, atunci ILOAD este mare, iar VLEAD poate fi cu ușurință de câteva zecimi de volt, mai ales cu cabluri lungi de alimentare. O tensiune la sarcină ar putea fi cu ușurință cu 80 până la 160 mV mai mică decât tensiunea dorită (cu 2 până la 4 A care curge prin 5 picioare de 0,004-я ? ¦/ft, fir de calibru 16).
Tehnica de teledetecție rezolvă problema căderii de tensiune a cablurilor prin extinderea buclei de feedback a sursei de alimentare la intrarea sarcinii. Două linii de sens de la sursa de alimentare se conectează la intrările de alimentare DUT. Aceste cabluri senzoriale, care măsoară tensiunea, se conectează la un circuit de măsurare a tensiunii cu impedanță ridicată din sursa de alimentare. Datorită impedanței mari de intrare a circuitului, căderea de tensiune în cablurile de sens este neglijabilă. Circuitul de măsurare a tensiunii senzor-plumb devine bucla de control a feedback-ului pentru sursa de alimentare. Tensiunea la sarcină este alimentată înapoi la sursa de alimentare prin cablurile de detectare. Sursa de alimentare își mărește puterea pentru a depăși căderea de tensiune a cablurilor sursă și VLOAD = VPROGRAMMED. Prin urmare, precizia sursei de alimentare poate fi aplicată numai sarcinii prin teledetecție.
Care este nivelul maxim acceptabil de zgomot în producția de alimentare?
Dacă o aplicație implică alimentarea unui circuit de joasă tensiune sau a unui circuit care utilizează sau măsoară curenți foarte mici, cum ar fi un detector cu traductor care trebuie să preia semnale de milivolți sau microampere, zgomotul provenit din surse externe poate cauza probleme.
O sursă de zgomot este sursa de alimentare în sine. Acest zgomot se descompune în două componente: modul normal și modul comun. Zgomotul în mod normal, care este generat pe terminalele de ieșire a sursei de alimentare, emană din circuitele interne ale sursei de alimentare. Zgomotul în modul comun este zgomotul cu referire la pământ care provine de la linia electrică și capacitatea rătăcită de pe transformatorul principal.
Două tipuri de surse de curent continuu sunt utilizate în mod obișnuit astăzi - liniar și cu comutare, sau „comutare”. Sursele de alimentare liniare operează prin rectificarea curentului de curent alternativ pentru a crea curent continuu, apoi filtrarea și reglarea acestuia pentru a produce niveluri de tensiune sau curent selectabile de utilizator. Alimentările liniare tind să fie mai grele, deoarece transformatorul de 50 sau 60 Hz și filtrele asociate sunt fizic mai mari.
Topologia liniară generează un zgomot minim la ieșirea sursei de alimentare. Alimentarea cu comutare începe în același mod, rectificând și filtrând tensiunea de intrare de curent alternativ. Cu toate acestea, ei taie (sau „comută”) c.c. în c.a. de înaltă frecvență, care este apoi transformat în c.c. bine reglat.
Tehnica de comutare, datorită funcționării sale la frecvențe kilohertz, face posibilă utilizarea componentelor mult mai mici în etapa de intrare. Sursele de alimentare cu comutare sunt semnificativ mai mici, mai ușoare și mai eficiente decât sursele de alimentare liniare, astfel încât au înlocuit sursele de alimentare liniare pentru cerințe de energie mai mari. Pe partea negativă, frecvența lor de comutare kilohertz generează de cinci până la 10 ori mai mult zgomot decât o sursă liniară. Ori de câte ori este imperativ să minimizați zgomotul, alegeți o sursă de alimentare liniară (dacă este disponibilă una) pe baza cerințelor de energie.
Ce interfețe sunt necesare?
Chiar și pentru aplicațiile de pe banc, rețineți că o sursă de alimentare este doar o parte a unui sistem interconectat mai mare. Alocați-vă timp pentru a lista cerințele interfeței (GPIB, USB, RS-232, RS-485, LAN etc.) a oricărei alte piese hardware. Va necesita sistemul un controler PC cu care trebuie să comunice alimentarea? Este necesar să controlați ieșirea sursei de alimentare utilizând intrări analogice? Când liniile de control lungi sau liniile de control expuse unui mediu electric zgomotos creează probleme de integritate a semnalului, intrările analogice izolate pot reduce sau elimina susceptibilitatea la degradarea semnalului.
Un alt punct de luat în considerare: o interfață I/O digitală ar face mai ușoară generarea ieșirilor de stare a defecțiunii sau controlul unui releu extern sau a unei lămpi de stare?
Ce zici de plasarea conectorilor de ieșire?
În linii mari, conexiunile de pe panoul frontal, care simplifică accesul frecvent, sunt mai frecvente la consumabilele proiectate pentru utilizarea pe bancă. Conectorii panoului posterior sunt, în general, considerați superiori sistemelor de testare automate bazate pe rack - acestea rareori necesită modificări după configurare.
Cu toate acestea, mai mulți producători oferă acum surse de alimentare echipate cu conexiuni atât pe panoul frontal, cât și pe cel din spate. Acest lucru simplifică tranziția de la experimentarea de pe bancă la testul automat de mare viteză, deoarece aceeași sursă de alimentare se potrivește ambelor medii.
Cum trebuie specificată aprovizionarea?
Deși multe specificații cheie de alimentare vor varia în funcție de aplicație, următoarele specificații sunt critice în toate cazurile:
Acuratețe și rezoluție
• Precizia setării determină cât de aproape este parametrul reglementat de valoarea sa teoretică definită de un standard internațional. Incertitudinea de ieșire într-o sursă de alimentare se datorează în mare măsură termenilor de eroare din convertorul digital-analog (DAC), inclusiv eroarea de cuantificare. Precizia de setare este testată prin măsurarea variabilei reglate cu un sistem de măsurare trasabil, de precizie conectat la ieșirea sursei de alimentare. Precizia setării este dată de: ± (% din setare + offset)
• Setarea rezoluției (uneori numit rezoluția de programare) este cea mai mică modificare a setărilor de tensiune sau curent care pot fi selectate pe sursa de alimentare. Specificația rezoluției limitează numărul de niveluri discrete setabile. Adesea, acest lucru este definit de o combinație de cifre disponibile pentru interfața utilizator și de numărul de biți din DAC. Un DAC cu mai mulți biți are un control mai bun al ieșirii sale și poate furniza valori mai distincte pentru ca bucla de control să fie folosită ca referință. Cu toate acestea, cu corecții pentru erorile de compensare și câștig, va exista o rezoluție mai mică decât ar sugera numărul de biți din DAC. Rezoluția setării poate fi exprimată ca valoare absolută a unității sau ca procentaj al întregii scări.
• Acuratețea reluării determină cât de apropiate sunt valorile măsurate intern de valoarea teoretică a tensiunii de ieșire (după ce se aplică precizia setării). Este exprimat ca: ± (% din valoarea măsurată + offset)
• Rezoluție readback este cea mai mică modificare a tensiunii sau curentului de ieșire măsurat intern, care se distinge de sursa de alimentare. De obicei, este exprimată ca valoare absolută. dar poate fi dat și ca procentaj al întregii scale.
Pe termen lung, performanța unei surse de alimentare se schimbă inevitabil din cauza îmbătrânirii. Menținerea stabilității pe termen lung necesită verificare și calibrare periodică.
• Stabilitate la temperatura: Precizia unei surse de alimentare este de obicei specificată ca fiind valabilă într-un anumit interval de temperatură, adesea între 20 ° și 30 ° C (68 ° până la 86 ° F). Atunci când este utilizat într-un mediu stabil de temperatură ambientală, efectul temperaturii asupra puterii este de obicei minim.
• Reglarea sarcinii (tensiune și curent): Reglarea sarcinii este o măsură a capacității unui canal de ieșire de a rămâne constantă în timpul schimbărilor de sarcină. Pe măsură ce impedanța DUT se modifică, parametrul reglementat nu ar trebui să se schimbe semnificativ.
Desigur, dacă sarcina se schimbă prea mult, parametrul reglat (controlat) se poate schimba între tensiune (control constant-tensiune) și curent (control curent constant), în funcție de setarea limitei pentru parametrul nereglementat. Presupunând că sursa de alimentare nu atinge acest punct de încrucișare, menține o impedanță de ieșire scăzută atunci când funcționează ca sursă de tensiune și o impedanță de ieșire ridicată atunci când funcționează ca sursă de curent.
Reglarea sarcinii poate fi specificată în mai multe moduri. De exemplu, reglarea tensiunii poate fi exprimată ca schimbare de tensiune per amper tras. Cu toate acestea, majoritatea producătorilor de surse de alimentare exprimă reglarea sarcinii ca precizie a ieșirii în timpul unei modificări semnificative a parametrului nereglementat. Acest format familiar este ușor de înțeles și de verificat prin testare: ± (% din setare + offset).
• Reglarea liniei (tensiune și curent): Reglarea liniei este o măsură a capacității sursei de alimentare de a-și menține tensiunea de ieșire sau curentul de ieșire, în timp ce tensiunea și frecvența de intrare în linie alternativă variază pe întreaga gamă permisă. Tensiunea și frecvența de linie afectează foarte mult puterea disponibilă pentru alimentarea ieșirii, mai ales atunci când se trage curent maxim din sursă.
Reglarea liniei poate fi ignorată într-un laborator cu tensiune de sarcină alternativă stabilă atunci când se testează pentru perioade scurte. Cu toate acestea, atunci când lucrați într-o zonă predispusă la căderi și umflături în tensiunea de curent alternativ sau când testați pe perioade lungi, reglarea liniei devine un aspect important. Producătorii de surse de energie exprimă de regulă reglarea liniei ca o incertitudine în ieșire în domeniul parametrilor de linie alternativă acceptabili. Aceasta oferă o imagine în cel mai rău caz, dată ca: ± (% din setare + offset)
Sursele de alimentare cu curent continuu nu produc de fapt ieșiri de curent continuu perfecte; există întotdeauna niște ac în ieșire. Pentru unele aplicații, c.a ridicat la ieșire poate produce un comportament neașteptat al circuitului. În plus față de zgomotul alternativ, poate fi util să cunoașteți răspunsul tranzitoriu al sursei de alimentare la schimbările de sarcină și setări.
• Clipoci și zgomot, componentele de curent alternativ la ieșirea unei surse de curent continuu sunt, de asemenea, adesea denumite abateri periodice și aleatorii (PARD). Acești termeni sunt adesea folosiți interschimbabil.
Termenul de ondulare se referă la ac periodic pe ieșire. Când este văzut în domeniul frecvenței, ondularea apare ca răspunsuri false. Spre deosebire de ripple, zgomotul este aleatoriu. Zgomotul acoperă un spectru larg și, atunci când este privit în domeniul frecvenței, se manifestă ca o creștere a liniei de bază.
Specificațiile PARD trebuie să includă o lățime de bandă și trebuie specificate atât pentru curent, cât și pentru tensiune. PARD curent devine relevant atunci când se utilizează o sursă de alimentare în modul de curent constant și este adesea specificat ca valoare RMS. Deoarece forma PARD este nedeterminată, tensiunea PARD va fi de obicei exprimată atât ca o tensiune pătrată medie rădăcină, care poate oferi un sentiment al puterii de zgomot, cât și ca o tensiune de vârf la vârf, care poate fi relevantă atunci când conduceți sarcini de impedanță.
• Raspuns tranzitoriu este testat prin aplicarea unor modificări semnificative ale treptelor la impedanța de încărcare și la setările sursei de alimentare și măsurarea timpului până la stabilirea unei valori de curent continuu stabile. Majoritatea surselor de alimentare au o capacitate mare în paralel cu ieșirile lor pentru a ajuta la furnizarea de curent continuu curat. Plasarea acestei capacități în paralel cu rezistența la sarcină duce la o constantă de timp; dimensiunea constantei de timp variază în funcție de impedanța de încărcare. Datorită dependenței mari de rezistența sarcinii, răspunsul la modificările de setare trebuie specificat pentru o sarcină specifică. Este obișnuit să vedeți specificații pentru circuite deschise, scurtcircuite sau valori specifice de rezistență.
Pentru a afla mai multe despre alegerea sursei de alimentare potrivite pentru aplicația dvs., descărcați aplicația pentru tabletă Power Supply Selector Tool, descărcabilă din magazinul iTunes și Google Play.
| Descărcați acest articol în format .PDF Acest tip de fișier include grafică și schemă de înaltă rezoluție, atunci când este cazul. |
Robert Green, manager senior de dezvoltare a pieței la Keithley Instruments (parte a portofoliului de testare și măsurare Tektronix), a fost implicat în definirea și introducerea unei game largi de instrumente. Deține un BS în inginerie electrică la Universitatea Cornell și un MS în inginerie electrică la Washington University, St. Louis, Mo.
- Cum să alegeți sursa de alimentare potrivită pentru proiectarea dvs.; începând cu convertorul DCDC precis
- Cum să alegeți o sursă de alimentare pentru a construi circuite electronice
- Cum să alegeți sursa de alimentare potrivită pentru PC Gamer
- Cum se proiectează circuitele de alimentare
- KEPCO, INC SURSE DE ALIMENTARE DC DC SURSE DE ALIMENTARE BIPOLARE, AMPLIFICATOR OPERAȚIONAL, MONTAJ RACK SAU BANCO,