Áttekintés
Tartalom
- Mi a programozható egyenáramú tápegység?
- Állandó feszültség és állandó áram módok
- Méréseket végezhet programozható egyenáramú tápegységgel
- Távoli észlelés
- Az egyenáramú tápegységek általános specifikációi
- Összegzés
- További műszeres források
Mi a programozható egyenáramú tápegység?
A kutatási, tervezési, fejlesztési és gyártási alkalmazásokban általánosan használt egyenáramú tápegység olyan eszköz, amely egyenárammal képes ellátni egy csatlakoztatott eszközt. Az áramforráshoz csatlakoztatott eszköz a kontextustól függően terhelésnek, tesztelt eszköznek (DUT) vagy tesztelt egységnek (UUT) nevezhető. A DUT jellemzéséhez vagy annak teszteléséhez, hogy egy DUT a várt módon működik-e, több DC tápegység képes arra, hogy egyidejűleg táplálja az áramot, és mérje a DUT által felvett feszültséget vagy áramot. A tápegységek általában állandó áramot vagy állandó feszültséget biztosítanak, és figyelemmel kísérik a keletkező feszültséget vagy áramcsökkenést. A programozható egyenáramú tápegység számítógéppel automatizálható az eszközzel való kommunikációhoz. Egyes programozható egyenáramú tápegységek képesek kimeneti szekvenciákat vagy méréseket tárolni a belső memóriában, míg mások csak azonnali műveleteket képesek kezelni.
1.ábra. Számos DC tápegység az I. negyedben működik, pozitív feszültséget vagy pozitív áramot szolgáltat, vagy a III. Negyedben negatív feszültséget és negatív áramot biztosít.
Az 1. ábra I-V diagramjára hivatkozva a legtöbb egyenáramú tápegység az I. negyedben működik, negatív feszültséget és pozitív áramot szolgáltat, vagy a III. Negyed, negatív feszültséget és negatív áramot biztosítva. Az egyenfeszültség kiszámításának képlete P = V x I. Az I. negyedben a feszültség és az áram pozitív; a III. negyedben a feszültség és az áram negatív. Mindkét esetben, amikor a számokat beírjuk a teljesítmény képletébe, az eredmény pozitív teljesítmény, amelyet forrásnak nevezünk. A II. És IV. Negyedben történő működés esetén negatív teljesítményt kapunk, amelyet süllyedésnek nevezünk. Beszerzéskor az áram a tápegységben keletkezik és a DUT-ban elvezet. Süllyedéskor az áram a DUT-ban keletkezik és elvész a tápegységben.
Néhány forrásmérő egységnek (SMU) nevezett eszköz mind a négy negyedben képes működni, táplálja és elnyeli az energiát. Gondolhatja, hogy az SMU ideális újratölthető akkumulátor. Amikor az akkumulátort a töltőhöz csatlakoztatja, az akkumulátor meríti vagy elnyeli az áramot a töltőből. Tehát, amikor leválasztja az akkumulátort a töltőről, és egy elemlámpa áramellátására használja, az akkumulátor forrásává válik, amely energiát szolgáltat az izzó számára. Az SMU-kat általában akkumulátorok, napelemek, tápegységek, DC-DC átalakítók vagy más áramtermelő eszközök jellemzésére használják.
Egy másik megkülönböztető tényező az egyenáramú tápegység és az SMU között a pontosság. Egyes alkalmazások különösen igényesek és nagyobb pontosságot igényelnek, mint amit egy tipikus tápegység kínál. Gyakran előfordul, hogy az SMU-k nagy pontossággal rendelkeznek a µV vagy a pA tartományban, ezért gyakran előnyben részesítik őket, amikor a mért és a forrásértékek pontossága fontos, és az alkalmazás nagyobb érzékenységet igényel, mint a tápegység. . A pontosságról részletesebben az Analóg mintavétel minősége: pontosság, érzékenység és zaj című műszaki megjegyzés foglalkozik, a SMU-król pedig a Mi a forrás mérési egység (SMU) című cikkben olvashat bővebben.?
Állandó feszültség és állandó áram módok
Az áramellátás és az abszorpció közötti különbségek megértése mellett fontos, hogy megértse a különbséget az állandó feszültség és az állandó áram mód között. A programozható egyenáramú tápegységek állandó feszültségű vagy állandó áramú üzemmódban működhetnek, a kívánt kimeneti szinttől és a töltési körülményektől függően.
Állandó feszültség üzemmód
Állandó feszültség üzemmódban, amelyet néha feszültségvezérelt üzemmódnak is neveznek, a tápegység feszültségforrásként viselkedik, miközben a feszültséget állandó értéken tartja a kimeneti kapcsokon, miközben az áram kimenete változik, a terhelés körülményeitől függően. Ha a terhelési ellenállása megváltozik, Ohm törvénye (V = I x R) előírja, hogy a tápellátás kimeneti feszültségszintjének fenntartása érdekében a táplált áramnak is arányosan kell változnia. Ha a DUT ellenállása hirtelen csökken, akkor az áramellátás növeli az áramot, hogy a feszültség állandó maradjon.
Programozható egyenáramú tápegység használatával beállíthatja a kívánt áramkorlátot. Ha terhelése megpróbál nagyobb áramot húzni, mint amennyit a beprogramozott áramkorlát lehetővé tesz, akkor a tápegység ennek megfelelően kezd működni, ami azt jelenti, hogy az áramellátás nem tudja elérni a szükséges kimeneti feszültségszintet anélkül, hogy megsértené a felhasználó által a helyszínen programozott áramkorlátot. Ekkor a tápegység állandó áram üzemmódba kapcsol, és az áram az áramkorláton marad. A terhelési ellenállás ezen alapvető szintje kompatibilis ellenállás néven ismert, amelyet úgy lehet kiszámítani, hogy a feszültség alappontját elosztjuk az áramhatárral. A kompatibilis rezisztencia egyéb köznevei a kritikus ellenállás és a keresztezési ellenállás.
Tegyük fel például, hogy egy állandó 5 V-ot (VS = 5 V) kíván táplálni a DUT-hoz, amely általában 50 Ω (RL = 50 Ω) terhelési ellenállást biztosít. Ezenkívül úgy dönt, hogy az áramkimenetet 300 mA-re (IS = 0,3 A) korlátozza, hogy megakadályozza a DUT károsodását. A kompatibilis ellenállási képlet (RC = VS/IS) segítségével kiszámítja, hogy 16,67 Ω a minimális terhelési ellenállás ahhoz, hogy a kimenet állandó feszültség üzemmódban működjön. Ha a terhelési ellenállása ingadozik, de 16,67 Ω felett marad, akkor a tápellátása továbbra is állandó 5 V-ot biztosít. Ha a DUT meghibásodik, a terhelési ellenállás 16,67 Ω alá csökken, akkor a tápegység ennek megfelelően kezd működni, állandó áramra váltva üzemmódban, és stabil 300 mA-t produkál 5 V-nál kisebb feszültségszint mellett.
2. ábra. Állandó feszültség előállításával beállíthat egy áramkorlátot a DUT védelmére.
Állandó áram mód
Az állandó áram mód alapvetően ellentétes az állandó feszültség üzemmóddal. Állandó áramú üzemmódban, más néven áramvezérelt üzemmódban a tápegység áramforrásként viselkedik, miközben a kimeneti kapcsokon átfolyó áram állandó marad, miközben a kimeneti feszültség a terhelési körülményektől függően változik. Hivatkozva Ohm törvényére, ha változik a terhelés ellenállása, akkor a feszültségnek is megfelelően változnia kell az állandó áram fenntartása érdekében. Ha az előző példában szereplő DUT meghibásodik és a terhelési ellenállás csökkenését okozza, akkor a tápegység arányosan csökkenti a kimeneti feszültséget, hogy az áram állandó maradjon. Például állandó áramellátás kívánatos a nagy áram által károsodott LED-ek vezérlésénél.
Az állandó áram módot egy konfigurálható feszültséghatár is korlátozza, kompatibilis ellenállást szabva meg az állandó feszültség üzemmódhoz hasonlóan. Az állandó feszültség üzemmód kompatibilis ellenállásának kiszámításához használhatja ugyanazt a számítást, amelyet az Állandó feszültség mód szakaszban használtak. Állandó áramú üzemmód esetén azonban a terhelési ellenállást a kompatibilis ellenállás alatt kell tartani a kívánt állandó áram fenntartása érdekében. A 2. ábra bemutatja az állandó feszültség és állandó áram mód kompatibilis ellenállásának koncepcióját.
Egyetlen alkalmazás, amely állandó feszültséget és állandó áramellátást igényel, egy lítium-ion akkumulátor töltését jelenti, amely egy általános típusú újratölthető akkumulátor, amelyet az energiasűrűség, a memóriahiány és a lassú töltésveszteség miatt hordozható elektronikus eszközökben használnak. amikor nincs használatban. A lítium-ion akkumulátor feltöltéséhez az áramellátásnak állandó áramot kell működtetnie, figyelve az akkumulátor feszültségszintjét, amíg az akkumulátor el nem éri a maximális feszültséget. Miután a lítium-ion akkumulátor teljesen feltöltődött, az áramellátásnak állandó feszültség üzemmódra kell váltania, amely biztosítja az akkumulátor maximális feszültségének fenntartásához szükséges minimális áramot.
Méréseket végezhet programozható egyenáramú tápegységgel
A legtöbb programozható egyenáramú tápegység egyik legfontosabb jellemzője az áram és a feszültség mérésének képessége. Ez a jellemző elengedhetetlen számos alkalmazáshoz, például az I-V görbéhez, ahol az áramcsökkenést meg kell mérni több feszültség alappontnál. A programozható egyenáramú tápegység mérési működése hasonló a digitális multiméter (DMM) mérési képességeihez. Mint minden mérőeszköz esetében, itt is kompromisszum van a mérés sebessége és a zaj mértéke között. A legfontosabb mérési fogalmak a pontosság, a nyitott idő, az automatikus nulla, a távérzékelés, a bemeneti tartományok, a felbontás és az érzékenység. Ezekkel a témákkal kapcsolatos további információkért olvassa el a Műszer alapjai sorozat DMM méréstípusai és általános terminológiája, valamint az analóg mintavétel minősége: pontosság, érzékenység és zaj elemeket.
Távoli észlelés
A pontos feszültségek pontos ellátása és mérése során kihívást jelent a vezető ellenállásának a DUT által látott feszültségre gyakorolt hatása. A vezető ellenállása mindig jelen van, de problémát okozhat, ha nagyon hosszú, kisebb nyomtávú vezetékeket használnak. Az 1. táblázat a különböző nyomtávú rézhuzalok tipikus ellenállásait tartalmazza. Bár jellemzően legfeljebb néhány ohm, ezek a kis ellenállások nagy hatással lehetnek a DUT által kapott feszültségre, különösen akkor, ha a DUT belső ellenállása kicsi.
Asztal 1. A huzalellenállás nagy hatással lehet a DUT által kapott feszültségre.
A 3. ábra egy általános áramköri ábrát mutat, amely tápegységet, vezetékeket és DUT-t tartalmaz. Ebben az esetben a vezetők 24 láb hosszú 26 AWG rézhuzalok, körülbelül 1 Ω vezetőellenállással az áramforrást a DUT-hoz összekötő pozitív és negatív vezetékek számára. A tápegységből kijövő áram feszültségesést okoz az Rlead1 és Rlead2 között, ami abból adódik, hogy az RDUT-on keresztüli feszültség kisebb, mint a Vsource.
3. ábra. Ez egy példát mutat egy tipikus programozható egyenáramú tápegység csatlakozási diagramjára, amely felhasználható a DUT által kapott feszültség kiszámításához.
Feltéve, hogy az áramellátáshoz 5 V kimenet van hozzárendelve, és a DUT impedanciája 1 kΩ, a következő egyenlet segítségével kiszámíthatja a DUT sorkapcsokon látható tényleges feszültséget.
A kezdeti esetben a megfigyelt feszültség valójában 4,99 V. Néhány eszköz esetében ez a kis változás nem jelent problémát; azonban azoknál az alkalmazásoknál, amelyek pontos jellemzést igényelnek az üzemi feszültség alapján, ez a hiba válhat kritikussá. Továbbá azoknál az eszközöknél, amelyeknek alacsonyabb a bemeneti impedanciájuk és ezért nagy áramot vesznek fel, a tényleges feszültség a DUT-on lényegesen kisebb lehet, mint a tápegység kimenetén lévő feszültség. A 2. táblázat felsorolja azokat az értékeket, amelyeket a DUT példa a bemeneti impedanciájának alacsonyabb értékei alapján észlel.
2. táblázat. Alacsonyabb bemeneti impedanciájú eszközöknél a DUT-nál megfigyelt feszültség a vezető ellenállása miatt lényegesen alacsonyabb lehet, mint a tápegység kimenetén lévő feszültség.
Az indukált ellenállási feszültség hiba megoldása a távérzékelés, más néven 4 vezetékes érzékelés. Ez a technika a feszültségesést jelöli a vezető ellenállásán keresztül azáltal, hogy a feszültséget közvetlenül a DUT-on méri és ennek megfelelően kompenzálja. Ez a módszer hasonló ahhoz a módhoz, ahogyan a DMM-ek 4 vezetékes ellenállásméréseket végeznek, hogy kiküszöböljék a vezetői ellenállás hatását az ellenállásmérésekből. A legtöbb tápegység, SMU és DMM két további kivezetéssel rendelkezik a kimeneten, hogy lehetővé tegye ezt a 4 vezetékes távérzékelési technikát, és ezek a további csatlakozók közvetlenül a DUT-hoz vannak csatlakoztatva, amint az a 4. ábrán látható. Bár a távvezérléshez használt kábeleken továbbra is fennáll az ellenállás az érzékelés, a feszültségmérések nagy impedanciájúak, így az érzékelő kábeleken nem áramlik áram, és nem érzékelhető feszültségesés.
4. ábra. A távérzékelés egy 4 vezetékes csatlakozási technika, amely kiküszöböli a vezető ellenállásának hatásait .