Наладка источников питания электронного оборудования

Обновлено: 21.11.2024

Когда часть оборудования оказывается полностью разряженной, в первую очередь следует обратить внимание на блок питания. Если для устранения неполадок такого рода используется осциллограф, это должен быть портативный прибор с питанием от батареи, изолированный от земли, по крайней мере, вначале. Причина в том, что могут быть внутренние напряжения, которые указаны, но плавают над землей, условие, которое может создать опасные токи короткого замыкания при подключении к настольному осциллографу. Это особенно верно для импульсных источников питания (SMPS), где обе стороны цепи находятся над землей.

В SMPS возможен ряд конфигураций, в первую очередь понижающий, повышающий и инвертирующий повышающе-понижающий. В каждом из них МОП-транзистор является мастером. Он выполняет переключение, в то время как диод определяет направление, в котором текут носители заряда, а катушки индуктивности и конденсаторы накапливают электрическую энергию. SMPS регулирует выход, постоянно изменяя рабочий цикл, в отличие от линейного источника питания, который регулирует выход, внося изменения по мере необходимости, регулируя количество рассеиваемой мощности.

Понижающий преобразователь SMPS аналогичен линейному источнику питания с понижающим трансформатором. Когда ключ замкнут, на катушку индуктивности подается напряжение. Когда ключ разомкнут, ток через катушку индуктивности продолжает течь. Обратная связь управляет шириной импульса при постоянной частоте повторения или частотой повторения при постоянной длительности импульса.

Повышающий преобразователь SMPS аналогичен линейному источнику питания с повышающим трансформатором. Когда ключ замкнут, ток индуктора увеличивается. Когда переключатель выключается, напряжение резко возрастает, поскольку индуктор пытается поддерживать постоянный ток, чего он не может сделать, поскольку индуктор использует всю доступную энергию для создания своего магнитного поля. В этот момент диод проводит ток, и ток от катушки индуктивности течет в конденсатор. Это объясняет более высокое выходное напряжение по отношению к входному.

В SMPS транзистор, переведенный в область насыщения, периодически подает нерегулируемый постоянный ток на входе на катушку индуктивности, которая функционирует как запоминающее устройство. Во время каждого импульса его магнитное поле увеличивается до тех пор, пока переключатель не будет выключен. Затем накопленная энергия фильтруется. Опорное напряжение сравнивается с выходным сигналом в контуре обратной связи, изменяя ширину или частоту импульса. SMPS может работать с входом частоты сети переменного тока или с нерегулируемым входом постоянного тока.

В обычном SMPS сетевое питание поступает в сеть через сетевой фильтр. Затем мощность выпрямляется и преобразуется в высокое постоянное напряжение (несколько сотен вольт). Затем один или несколько транзисторов (или полевых МОП-транзисторов) включают и выключают это высокое постоянное напряжение, чтобы управлять первичной обмоткой трансформатора. (Хотя некоторые топологии SMPS не содержат трансформатора.) Напряжение выпрямляется и фильтруется на вторичной стороне трансформатора.

Регулировка выхода осуществляется путем переключения транзисторов с помощью схемы управления, которая измеряет выходное напряжение (и входной ток) и соответствующим образом регулирует время включения и выключения транзистора. Эта схема управления часто находится на первичной обмотке и может получать питание от дополнительной обмотки трансформатора. Образец выходного напряжения обычно возвращается через оптопару. (Опять же, в некоторых конструкциях SMPS обратная связь реализована без использования оптопары.) В некоторых случаях схема управления находится на вторичной стороне и управляет переключателем через небольшой дополнительный трансформатор.

Следует отметить, что импульсные источники питания имеют стороны высокого и низкого напряжения (первичную и вторичную стороны). Трансформатор изолирует первичную и вторичную стороны. (Опять же, существуют бестрансформаторные конструкции SMPS, в которых не реализована изоляция.) Часто, если земля выхода не соединена с землей сети, небольшой высоковольтный конденсатор соединяет эти две земли на высокой частоте.

Поскольку половина компонентов SMPS напрямую подключается к сетевому напряжению, на первичной стороне источника питания присутствуют опасные напряжения. Большой накопительный конденсатор заряжается при высоком напряжении и может сохранять опасное напряжение даже при отключении сетевого питания. SMPS часто включают в себя продувочные резисторы для рассеивания этого напряжения, но эти резисторы могут быть сломаны, поэтому конденсаторы могут оставаться заряженными. Следовательно, лучше разрядить конденсаторы через подходящий резистор (обычно несколько кОм) через изолированные щупы, как на мультиметре. Затем измерьте напряжение, чтобы убедиться, что оно равно нулю, прежде чем продолжить. Также имейте в виду, что радиаторы часто не заземлены и могут находиться под сетевым напряжением.

Аналогичным образом убедитесь, что все конденсаторы разряжены. Многие неисправные электролитические конденсаторы деформируются или раздуваются.Другие визуальные признаки включают сгоревшие черные резисторы и компоненты с запахом горелого, особенно трансформатор. Трансформатор, который пахнет горелым, может иметь короткие витки. Если это так, часто лучше просто заменить SMPS.

Несмотря на то, что это может показаться очевидным, устранение неполадок с обесточенным блоком питания начинается с осмотра сетевого предохранителя. Перегоревший предохранитель обычно подразумевает наличие множества неисправных компонентов; исправный предохранитель может означать, что проблема вызвана одним компонентом.

Состояние предохранителя также полезно. Тот, который только медленно сгорает, подразумевает, что сбой не был катастрофическим. Катастрофический предохранитель подразумевает большой ток, который повредил множество компонентов. К сожалению, некоторые предохранители заполнены песком и скрывают, что произошло.

Одна из хитростей для первой проверки блока питания с перегоревшим предохранителем — временно заменить предохранитель на лампочку. Лампа должна иметь примерно ту же номинальную мощность, что и SMPS. Это предотвращает более катастрофические отказы и позволяет избежать неудобств, связанных с повторной заменой предохранителей. Если все в порядке, лампочка должна мигнуть на долю секунды, а затем слегка загореться. Если короткое замыкание все же есть, лампочка будет ярко светиться — пора искать причину.

Перегоревший предохранитель свидетельствует о том, что что-то пошло не так в цепи питания, возможно, произошло короткое замыкание. Типичные проблемы включают короткое замыкание силовых транзисторов или выпрямительных диодов, особенно в первичной обмотке. Диодная функция мультиметра может помочь определить короткие замыкания. Также может быть полезно найти таблицу данных для регулятора IC в SMPS, если он ее использует. Многие SMPS имеют схему, близкую к эталонным конструкциям, указанным в техническом описании.

Если предохранитель исправен, но выхода нет, возможно, подозревается ограничитель пускового тока (NTC). Также следует проверить мощные резисторы на первичной стороне. Если значение резистора не соответствует его цветовому коду или значению на схеме, отпаяйте одну клемму и повторите измерение. Замените новым, если значения не совпадают.

В первую очередь необходимо проверить резисторы, включенные последовательно с силовыми транзисторами. Иногда первичная обмотка включает резистор большой мощности, включенный последовательно со стабилитроном. Проверьте все диодные переходы с помощью диодной функции мультиметра. ИС регулятора могут быть неисправны, но обычно это не так.

Неисправный силовой транзистор увеличивает вероятность выхода из строя других компонентов. Часто SMPS включают компоненты защиты, такие как дополнительный резистор или стабилитрон, чтобы ограничить ущерб в случае катастрофического отказа.
Одна из хитростей для проверки микросхемы контроллера состоит в том, чтобы включить ее в автономном режиме с помощью небольшого внешнего источника постоянного тока и проверить наличие импульсов на базе транзистора (или затворе). Но некоторые ИС не будут работать без высокого напряжения для переключения, и это может быть упомянуто в техническом описании.

Еще один момент, который следует отметить, заключается в том, что вышедшие из строя полупроводники следует заменять точно такими же деталями. Альтернативы приемлемы только в том случае, если оригинал недоступен или слишком дорог. Для диодов также проверьте время переключения — сменные диоды должны быть как минимум такими же или быстрее, чем старые. Точно так же заменяющие транзисторы должны иметь аналогичный коэффициент усиления и частоту среза. Эмпирическое правило заключается в том, что частота среза должна быть как минимум в десять раз выше частоты переключения. Для полевых МОП-транзисторов емкость затвора не должна превышать емкость старого компонента, а пороговое напряжение затвора должно быть близким к напряжению старого устройства.

Иногда SMPS работает только частично. Он может запускаться, а затем выключаться, или он может пульсировать, пытаясь запуститься каждые несколько секунд, или он может выдавать неправильное выходное напряжение. Вероятно, силовые полупроводники в порядке, но конденсаторы вызывают подозрения. Или может быть проблема с цепью обратной связи.

Одна из хитростей заключается в том, чтобы подать внешнее регулируемое напряжение постоянного тока на выход SMPS, предварительно убедившись, что SMPS не подключен к сети. Когда постоянное напряжение увеличивается постепенно, цепь обратной связи должна работать, когда постоянное напряжение приближается к номинальному выходному напряжению. Опасные линейные напряжения отсутствуют, поэтому осциллограф может помочь диагностировать цепь обратной связи. Другой метод заключается в том, чтобы подать на микросхему контроллера тот же источник низкого напряжения и проверить, что происходит на другой стороне оптопары.

Электролитические конденсаторы часто вызывают проблемы с импульсными источниками питания. В менее дорогих конструкциях SMPS они часто работают слишком близко к своим пределам рассеивания тепла. Их жидкий электролит имеет тенденцию испаряться и изменять их рабочие качества. Очевидно, что деформированные физически бейсболки — это плохо. Но некоторые могут быть плохими и не иметь проблем с внешним видом. Полезно просто измерить емкость, но простого измерения недостаточно. Лучшим подходом является измерение эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) и сравнение его с сопротивлением заведомо исправного конденсатора. К сожалению, для этого требуется измеритель ESR (или мост RLC). Электролитические конденсаторы выпускаются в версиях на 85°C и 105°C. Разумно выбрать более высокую температуру, если есть выбор.

Источником питания для электронного оборудования является цепь, которая преобразует переменное напряжение в регулируемое постоянное напряжение. Электронное устройство обычно не использует электрическую энергию в той форме, в которой она производится или распределяется. Это требует некоторой формы преобразования энергии. Блок питания (БП) передает электрическую энергию от заданного источника к заданной нагрузке с помощью электронных схем. Существуют различные типы блоков питания в зависимости от их режима работы и области применения.

Основные компоненты здания

Блок питания получает питание от сети переменного тока и выполняет множество задач перед передачей его на выходное электронное устройство. Эти задачи включают:

Изменение уровня питания до значения, подходящего для управления цепью нагрузки.
Получение постоянного тока из сети переменного тока синусоидальной формы.
Предотвращение любого сигнала переменного тока на выходе питания.
Обеспечение постоянного выходного напряжения независимо от изменений напряжения питания переменного тока, тока нагрузки и температуры.

Для этого базовый блок питания состоит из четырех основных компонентов: трансформатора, выпрямителя, фильтра и цепи регулятора.

Входной трансформатор

Это используется для преобразования входящего сетевого напряжения (AC) до требуемого уровня (AC) для источника питания. Он изолирует выходную цепь от сети.

Выпрямитель

Это преобразует входящий сигнал переменного тока в сигнал постоянного тока.

Фильтр

Это необходимо для того, чтобы компоненты переменного тока из линии электропередачи не попадали на выход.

Регулятор

Эта схема обеспечивает практически постоянный выходной сигнал, независимо от выходного тока или любых незначительных колебаний входного уровня. Для доведения выходного напряжения до требуемого уровня он может использовать как линейный, так и импульсный метод.

Линейный регулятор мощности. Его можно использовать, когда требуется понижение входного напряжения до регулируемого выходного напряжения. Его необходимо выбирать в зависимости от тока нагрузки и требований к входному и выходному напряжению.

Линейный источник питания с регулятором с малым падением напряжения (LDO) обеспечивает чистое постоянное напряжение в соответствии с потребностями. LDO — это специальный вариант линейного регулятора, который используется при высоком коэффициенте преобразования. Существует два значения падения напряжения: коэффициент ослабления источника питания и коэффициент подавления синфазного сигнала. Это способность источника питания подавлять дифференциальный шум, присутствующий между положительным и отрицательным входами.

Переключающий регулятор мощности. Здесь транзисторы работают, переключая высокую частоту между включенным и выключенным состояниями. Выходной параметр управляется изменением коэффициента заполнения, частоты или фазового сдвига этих переходов.

Для импульсных регуляторов доступны различные топологии, а именно: понижающий, синхронный понижающий, повышающий, инвертирующий повышающе-понижающий, SEPIC, Cuk, Zeta, обратноходовой, обратноходовой, с двумя переключателями, обратноходовой с активным зажимом, однократный переключатель вперед, два переключателя вперед, полумост, полный мост и полный мост со сдвигом по фазе. Самые популярные из них: buck, boost, buck-boost, SEPIC и Zeta.

Формат Boost увеличивает ввод, а формат buck уменьшает его. Понижающе-повышающий преобразователь может выполнять и то, и другое, в дополнение к инвертированию полярности выходного напряжения относительно земли. Если вам нужно изменить полярность выхода, хорошим вариантом будет топология Cuk. Трансформаторы обеспечивают изоляцию, а топологии, включающие ее в конструкцию, включают обратноходовую, прямоходовую, двухтактную, полумостовую или полномостовую.

Типы блоков питания для электронных устройств

Большинство электронных устройств работают на регулируемом постоянном токе, независимо от входного источника питания (переменного или постоянного тока). В зависимости от источника питания (переменного или постоянного тока) все такие устройства имеют различную настройку для преобразования его в регулируемый источник постоянного тока. Переменный источник питания переменного тока важен для оценки оборудования, когда оно подвергается воздействию условий повышенного или пониженного напряжения.

Различаются следующие типы источников питания постоянного тока:

Источник бесперебойного питания

Это резервный источник питания на случай перебоев в подаче электроэнергии или скачков напряжения.

Постоянное напряжение питания

Это регулируется и обычно поставляется с индикатором, показывающим напряжение, на которое установлено питание.

Постоянный ток

В режиме постоянного тока источник питания поддерживает установленный ток независимо от изменений сопротивления нагрузки.

Множественный выход

Он имеет более одного выхода постоянного тока и удобен и экономичен для систем, требующих нескольких напряжений.

Программируемая подача

Это часто используется как часть компьютерной системы для тестирования или производства.

Многодиапазонная поставка

Он работает с фиксированными номиналами напряжения и силы тока, например, 30 В, 3 А.

Когда требуются особые характеристики или необычные форм-факторы, разрабатываются индивидуальные конструкции, особенно для суровых условий, например, для военных или авионики.

Характеристики для поиска

Источники питания имеют разные характеристики для разных приложений. При выборе источника питания необходимо учитывать каждую спецификацию. Необходимо понимать все, от номинальных значений напряжения и тока до пульсаций, регулирования нагрузки, регулирования входного напряжения и тому подобного. Ниже приведены несколько важных параметров, на которые следует обратить внимание.

Шум и пульсации, представляющие собой небольшие колебания напряжения при преобразовании переменного тока в постоянный.
Низкое падение напряжения для снижения потерь мощности.
Быстрый динамический отклик
Линейное регулирование, то есть изменение выходного напряжения при изменении входного или линейного напряжения.
Регулирование нагрузки – изменение выходного напряжения при изменении нагрузки.
Перегрузка по току, которой можно управлять с помощью внутренней схемы защиты.
Перегрев, который можно контролировать с помощью датчика температуры и соответствующей цепи.
Перенапряжение, которым можно управлять с помощью схемы защиты от перенапряжения.
Электромагнитная совместимость, в которой используется метод проектирования для минимизации электромагнитных помех (EMI).
Изоляция. В изолированном источнике питания используется трансформатор для устранения пути постоянного тока между входом и выходом, тогда как в неизолированном источнике питания используется путь постоянного тока между входом и выходом источника.

Пейюш Рустаги, помощник менеджера ANTPL, говорит: «Лучше иметь такие характеристики, как диапазон входного напряжения (переменного или постоянного тока), выходное напряжение (постоянное или переменное) и допуски, требуемый выходной ток, максимальная пульсация, предполагаемая общая потребляемая мощность. , требования к эффективности, требования к электромагнитным помехам, требования к электрической изоляции между входом и выходом, диапазон рабочих температур, пиковый и средний выходной ток, требования к воздействию переходных процессов и реакции, требования к регулированию нагрузки и линии, частота коммутации и необходимость коррекции коэффициента мощности. Эффективность — одна из важнейших характеристик блока питания, по которой можно судить о производительности системы».

Нишу Кумар Раунияр, разработчик аппаратного обеспечения компании SGS Weather & Environmental Systems, говорит: «Необходимо соблюдать определенную архитектуру подачи питания при подаче питания на различные микросхемы. Особое внимание следует уделить высокочастотным компонентам, так как радиопомехи могут разрушить весь блок питания. Для правильной работы необходима надлежащая система заземления. Особое внимание следует уделить дизайну компоновки, так как от него зависит общая производительность системы».

Предпочитаемые приложения

Блок питания используется во всем электронном оборудовании, которое использует постоянное напряжение в качестве входного сигнала, таком как радиопередатчики, приемники, компьютеры и т. д. Импульсные источники питания часто используются в приложениях, где важны срок службы батареи и температура, например, электролиз, переработка отходов, топливные элементы, двигатели постоянного тока, игровые автоматы, авиация и морское дело, исследования и разработки, производственное и испытательное оборудование, зарядка аккумуляторов для литий-ионных аккумуляторов. и гальваническое покрытие.

Линейные стабилизаторы обеспечивают бесшумное выходное напряжение, но имеют низкий КПД и большие размеры. Это делает их подходящими для устройств, которым требуется высокая частота и низкий уровень шума, таких как процессоры сигналов, схемы управления, автоматизированное и лабораторное испытательное оборудование, малошумящие усилители, датчики и схемы сбора данных и другие.

Чтобы выбрать подходящий блок питания для электронного устройства, важно сначала понять требования к настройке. Изучите различные типы блоков питания, доступных на рынке. Проверьте требуемую спецификацию и предпочитаемое приложение.

В технических описаниях источников питания постоянного тока могут быть указаны характеристики, касающиеся возможности подстройки выходного напряжения. Это часто вызывает вопросы, связанные с тем, почему необходимо регулировать выходное напряжение, как внешняя цепь регулирует напряжение и почему диапазон регулировки напряжения ограничен? В этом блоге мы обсудим некоторые основы проектирования блоков питания и свяжем их с операциями подстройки выходного напряжения и техническими характеристиками.

Что такое обрезка и как она используется?

Корректировка выходного напряжения источника питания означает просто регулировку напряжения на небольшую величину. По соглашению термин подстройка используется для приложений, в которых источник питания имеет заданное номинальное выходное напряжение, и пользователь может изменить выходное напряжение примерно на десять процентов или менее. Чаще всего пользователи могут регулировать выходное напряжение источника питания, добавляя внешние компоненты, регулируя потенциометр, установленный на печатной плате, или применяя аналоговый или цифровой сигнал.

Источники питания с возможностью регулировки выходного напряжения обычно используются по двум причинам:

Производительность. Приложения, в которых незначительное изменение выходного напряжения может повысить производительность продукта.
Нестандартные напряжения. Требуется нестандартное выходное напряжение, и изменение выходного напряжения стандартного источника питания является наиболее эффективным способом получения требуемого выходного напряжения.

Одним из примеров повышения производительности за счет обрезки является падение напряжения на проводниках питания в приложении. В этом случае выходное напряжение на клеммах источника питания можно увеличить, чтобы компенсировать падение напряжения на проводниках. Применение подстройки выходного напряжения в этом приложении позволит напряжению на нагрузке оставаться на желаемом уровне даже при падении напряжения в проводниках подачи питания.

Рисунок 1. Выходное напряжение источника питания уравновешено таким образом, что
напряжение источника питания = требуемое напряжение нагрузки + общее падение напряжения на импедансе проводника

Некоторые источники питания доступны с выходным напряжением, указанным в диапазоне, а не в номинальном значении, и выходное напряжение может регулироваться в соотношении до 1:100. Эти типы источников питания часто обозначаются как переменные, регулируемые или лабораторные источники питания. Способ управления выходным напряжением в этих источниках питания обычно представляет собой аналоговый или цифровой сигнал, а также ручку или клавиатуру, установленную на панели. Этот класс блоков питания часто используется, когда пользователь хочет иметь один блок питания, который можно использовать во многих различных приложениях, и они не рассматриваются в этой статье в блоге.

Методы обрезки

В регулируемом источнике питания масштабированное значение выходного напряжения приводится в соответствие с эталонным напряжением с помощью контура обратной связи. Выходное напряжение источника питания можно изменить, изменив коэффициент масштабирования напряжения обратной связи, подав подстроечный сигнал в узел обратной связи или изменив опорное напряжение. Наиболее распространенными методами подстройки выходного напряжения источников питания являются подача тока (источник напряжения с высоким выходным сопротивлением) в узел обратной связи или изменение значения элемента сопротивления в цепи обратной связи. Ниже приведены методы реализации подстройки выходного напряжения в источниках питания.

Прикладное внешнее сопротивление

Команда разработчиков блока питания предоставляет контакт для внутреннего узла обратной связи. Источник напряжения с высоким выходным импедансом может быть создан пользователем путем размещения сети резисторов с высоким импедансом между выходным напряжением источника питания и землей. Узел этой внешней сети резисторов затем подключается к контакту внутреннего узла обратной связи и, таким образом, подает правильный ток для регулировки выходного напряжения источника питания.

Потенциометр

Команда разработчиков блока питания размещает потенциометр на печатной плате в цепи обратной связи. «Потенциометр» предоставляется пользователю для регулировки выходного напряжения источника питания.

Приложенное внешнее напряжение

Группа разработчиков источника питания предоставляет контакт, подключенный к внутренней схеме формирования сигнала, которая управляет внутренним узлом обратной связи. Пользователь подает подстроечное напряжение на внешний контакт, а схема формирования сигнала подает требуемый ток в узел обратной связи для подстройки выходного напряжения.

Цифровой интерфейс

Команда разработчиков блока питания предоставляет пользователю цифровой интерфейс для подстройки выходного напряжения. Внутренний ЦАП и формирователь сигнала преобразуют цифровой код подстройки в соответствующее аналоговое напряжение или ток для подстройки выходного напряжения.

Рисунок 2. Блок-схема топологии источника питания

Обрезка ограничений

Существует множество возможных причин, по которым диапазон подстройки выходного напряжения может быть ограничен. Некоторые распространенные причины ограничений диапазона подстройки включают ограничения выходной мощности, стабильность контура обратной связи и ограничения рабочего цикла. Корректировка выходного напряжения также может повлиять на ограничение тока на выходе источника питания, в зависимости от топологии конструкции источника питания. Изменения выходного напряжения и выходного тока могут повлиять на требуемые номинальные характеристики входного конденсатора большой емкости, переключателя на первичной стороне, изолирующих магнитных элементов, полупроводников вторичного выпрямления и компонентов выходного фильтра. Стоимость, размер и сложность этих компонентов в конструкции блока питания могут увеличиться, если увеличить диапазон подстройки выходного сигнала.

Рисунок 3. Элементы преобразователя, на которые может повлиять изменение выходного напряжения или тока

Как упоминалось ранее, блоки питания имеют внутреннюю петлю обратной связи. Изменение выходного напряжения источника питания может повлиять на стабильность цепи питания. Нестабильный контур источника питания может колебаться или замыкаться, а слишком стабильный контур может иметь большое время отклика и, таким образом, обеспечивать плохую стабилизацию выходного напряжения при наличии переходных процессов нагрузки.Почти во всех современных конструкциях источников питания используется коммутационная топология для снижения стоимости и размера, а также повышения производительности. Во многих архитектурах импульсных источников питания изменение выходного напряжения влияет на рабочий цикл импульса переключения. Как минимальные, так и максимальные пределы рабочего цикла сигнала переключения могут быть обнаружены, если выходное напряжение слишком сильно подстроено.

Заключение

Выходное напряжение источника питания можно отрегулировать, чтобы обеспечить преимущества во многих приложениях. В большинстве приложений правильная подстройка выходного напряжения источника питания не является проблемой. Однако, если возникнут проблемы или вопросы, команда технической поддержки CUI готова помочь нашим клиентам.

Приложения, требующие тщательного контроля, должны иметь откалиброванную силовую электронику. Если произошел дрейф, вот шаги, которые вы можете предпринять для повторной калибровки до желаемого результата.

В мире силовой электроники большинство приборов приборного класса содержат функцию источника и функцию измерения. Высокопроизводительный блок питания представляет собой комплексное решение, включающее источник напряжения, источник тока, вольтметр и амперметр. Тестер батареи содержит зарядное устройство (источник), разрядник (нагрузка), вольтметр для измерения напряжения батареи и амперметр для измерения тока батареи.

Эта силовая электроника используется в критически важных приложениях, где необходимо тщательно поддерживать контроль, например, чтобы зарядное устройство не перезарядило аккумулятор или чтобы источник питания не повредил чувствительное тестируемое устройство. Кроме того, эта силовая электроника используется там, где необходимы точные измерения, например, для отчета об измеренной емкости батареи или измерения динамического тока, потребляемого устройством, когда оно работает в различных состояниях.

Если требуется тщательный контроль источника и точные измерения, силовая электроника должна быть откалибрована. Даже если силовой прибор был идеально откалиброван, когда он покидал завод, компоненты внутри со временем будут дрейфовать из-за многих факторов, включая механические удары (например, падение прибора) или циклическое нагревание (поскольку прибор нагревается и остывает во время нормальной работы). ). Целью выполнения калибровки через заданные интервалы времени является обеспечение того, чтобы силовой прибор возвращался в состояние наилучшей калибровки до того, как он выйдет за пределы калибровки.

Раньше калибровка была механическим процессом. Силовые приборы содержали множество потенциометров, которые требовали регулировки, чтобы вернуть силовой инструмент в калибровку. В современном мире производители электроинструментов используют электронную калибровку. При электронной калибровке нет необходимости открывать прибор и настраивать. Калибровка может быть выполнена без перемещения прибора, поэтому, если он находится в стойке с тестовым оборудованием или встроен в тестовую станцию, вам не нужно разбирать систему.

Калибровка источников питания

Давайте сначала рассмотрим источники питания. Итак, что произойдет, если у вас есть источник напряжения, который не откалиброван, и вы попытаетесь использовать его для вывода напряжения P1? Вы программируете источник напряжения для генерации напряжения P1, но источник напряжения не откалиброван. В результате источник напряжения не вырабатывает напряжение P1, как хотелось бы. Вместо этого источник напряжения генерирует напряжение A1, а это не то, что вы хотели. Следовательно, вы должны откалибровать источник напряжения, если хотите, чтобы он правильно генерировал напряжение P1.

Итак, что происходит внутри источника напряжения, когда его просят сгенерировать P1, но вместо этого генерирует A1? Вот внутренний процесс программирования:

Желаемое выходное напряжение источника — P1.
Внутренне источник напряжения программирует цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), используя значение D1 для программирования выхода на P1.
Но когда ЦАП запрограммирован с использованием D1, источник генерирует A1, неправильное напряжение, поскольку источник не откалиброван.

Теперь мы можем откалибровать источник напряжения, чтобы исправить это:

С помощью внешнего цифрового мультиметра мы можем измерить разницу между P1 (ожидаемое напряжение) и A1 (фактическое напряжение).
Разница (P1–A1) – это ошибка, которую можно откалибровать с помощью поправочного коэффициента.
Мы можем создать поправочный коэффициент α, чтобы установить DAC на (D1+α), чтобы при применении поправочного коэффициента источник напряжения был откалиброван.
Вместо этого калиброванный источник напряжения использует значение ЦАП (D1+α), что приводит к выходу P1 благодаря калиброванному выходу.

Во время калибровки мы определяем, насколько источник отличается от желаемого значения, измеряя фактическое выходное напряжение источника, а затем вычисляя набор поправочных коэффициентов, чтобы откалибровать выходной сигнал. Для измерения фактического выходного напряжения источника используйте калиброванный цифровой мультиметр (DMM). Цифровой мультиметр должен быть значительно более точным, чем ожидаемая точность источника напряжения.Обычно производительность цифрового мультиметра должна быть в 10 раз выше, чем у источника напряжения, но производительность в 4 раза является приемлемой.

Чтобы определить поправочный коэффициент для всего диапазона выходного сигнала источника напряжения, вы устанавливаете напряжение на нижнюю точку в рабочем диапазоне источника напряжения, а затем измеряете фактическое значение нижней точки, генерируемое источником напряжения. Затем вы устанавливаете максимальное значение напряжения, близкое к полному выходному сигналу в рабочем диапазоне источника напряжения, а затем измеряете фактическое значение максимальной точки, генерируемое источником напряжения.

Большинство цепей источников напряжения ведут себя линейно, поэтому две точки, низкую и высокую, можно использовать для определения наклона (усиления) и смещения с помощью формулы коррекции Y = m X + b, где m = усиление, а b = компенсировать. Применяя это усиление и смещение к каждому запрограммированному напряжению, можно вернуть выход в коррекцию и выполнить калибровку.

Реальный пример

Обобщая, как применять поправочные коэффициенты калибровки:

Вы хотите, чтобы источник напряжения генерировал напряжение V.
Вам нужно будет установить вывод на BEFORECAL, где BEFORECAL = (GAIN * V) – OFFSET.
Когда вы запрограммируете источник напряжения на BEFORECAL, вы получите V от источника напряжения.

Калибровка токового и измерительного входа

Хотя в этой статье рассматривается калибровка источника напряжения, калибровка источника тока аналогична, за исключением того, что вы должны сравнить ожидаемый ток с фактическим выходным током. Для калибровки источника тока потребуется электронная нагрузка для получения тока от источника питания. Вам также понадобится высокопроизводительный амперметр или точный преобразователь тока и высокопроизводительный вольтметр для измерения выходного сигнала преобразователя.

Наконец, этот же процесс можно использовать для калибровки входных данных измерений. В этом случае на измерительный вход будет подаваться внешнее калиброванное напряжение. Затем некалиброванное измерение с измерительного входа будет сравниваться с известным значением калиброванного источника напряжения. Поправочные коэффициенты усиления и смещения рассчитываются (из Y = m X + b) и применяются для исправления ошибки измерения.

Читайте также: