Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2012 №3

Методы задания последовательности включения выходов источников питания

Золло Боб (Zollo Bob)


Для питания многих устройств требуется несколько значений напряжения. Обычно при этом вспоминают о печатных платах, для питания которых требуется напряжение +5 и ±15 В, но на самом деле есть множество других устройств и конфигураций источников питания. Для нормального функционирования устройства необходимо на всех уровнях — от дискретных транзисторов до конечных продуктов, включая микросхемы и печатные платы, — обеспечить управление согласованием по времени и последовательностью включения напряжения смещения. Нарушение правильной последовательности формирования напряжений питания может привести к некорректной работе устройства, чрезмерному повышению силы тока вследствие тиристорного эффекта или даже полному отказу тестируемого устройства.

Для питания многих устройств требуется несколько значений напряжения. Обычно при этом вспоминают о печатных платах, для питания которых требуется напряжение +5 и ±15 В, но на самом деле есть множество других устройств и конфигураций источников питания. Для нормального функционирования устройства необходимо на всех уровнях — от дискретных транзисторов до конечных продуктов, включая микросхемы и печатные платы, — обеспечить управление согласованием по времени и последовательностью включения напряжения смещения (рис. 1). Нарушение правильной последовательности формирования напряжений питания может привести к некорректной работе устройства, чрезмерному повышению силы тока вследствие тиристорного эффекта или даже полному отказу тестируемого устройства (ТУ).

Пример задания последовательности включения питания материнской платы ПК

Рис. 1. Пример задания последовательности включения питания материнской платы ПК

Управление временем включения источников питания заключается, по сути, в задании последовательности включения выходов. Однако для большинства источников питания значение времени, которое нужно для включения выхода, не нормируется. Время, которое необходимо источнику питания для переключения с одного напряжения на другое и которое обычно называют программным временем отклика, может быть указано в спецификации, но это представляет собой только часть общей картины. Если управление источником питания осуществляется вручную, то для контроля последовательности нужно знать время с момента нажатия на кнопку On до момента, когда выходное напряжение достигнет заданной величины. Если управление прибором осуществляется дистанционно (например, через интерфейсы GPIB, LAN или USB), то нужно знать время с момента передачи команды On до момента, когда напряжение на выходе достигнет запрограммированного значения. Очень часто эти значения времени также не указываются. Пользователю приходится самому определять параметры источника питания и при этом надеяться на стабильность характеристик.

Ручное управление последовательностью включения источников питания

Ручное управление последовательностью осуществляется довольно просто. Достаточно нажать кнопки On каждого источника питания в том порядке, в котором должно быть подано напряжение на входы ТУ. Ручное управление последовательностью подходит только для тех приложений, в которых важен порядок подачи напряжения, а временные соотношения не имеют особого значения.

Очевидно, что при нажатии на кнопки вручную трудно ожидать высокой надежности и воспроизводимости временных параметров. Неопределенность временных характеристик здесь, вероятно, можно не принимать во внимание, так как процесс нажатия на кнопки человеком занимает большую часть времени. Используя ручное управление последовательностью, максимум, чего можно добиться, — это гарантировать, что на выход 1 напряжение будет подано раньше, чем на выход 2, а выход 2 будет включен раньше, чем выход 3, и т. д.

Программное управление последовательностью включения источников питания

Повышение эффективности управления выходными каналами источников питания и точности синхронизации достигается путем программирования последовательности включения. Для этого с помощью компьютера сначала передается команда On, посредством которой источник питания переводится во включенное состояние. На выполнение этой команды требуется гораздо больше времени, чем просто на изменение значения напряжения на выходе прибора, поэтому передачу этой команды следует осуществлять в той части программы, где временные соотношения не слишком важны. Затем, при необходимости задания последовательности включения выходов, можно послать команду на изменение напряжения с 0 В до нужного значения. Программное время отклика источника питания (то есть время, необходимое для переключения с одного запрограммированного значения напряжения на другое) обычно достаточно стабильно и даже может быть нормировано, поэтому на него можно ориентироваться при создании программ с нужными временными соотношениями. Заметим, что программное время отклика у некоторых источников питания может составлять сотни миллисекунд, что накладывает определенные ограничения на скорость выполнения последовательностей.

Основной проблемой при программном управлении временем включения является джиттер в операционной системе компьютера. Для контроля временных параметров последовательности необходимо создать программный цикл синхронизации. Даже тщательно разработанная программа при выполнении будет иметь джиттер, который может достигать величины 10 мс и более. Этот джиттер может привести к разбросу времени подачи команд на изменение напряжения в каждом источнике питания, что, в свою очередь, влечет за собой нестабильность временных параметров последовательности включения выходных каналов.

Программное управление последовательностью включения выходных каналов источников питания подходит для тестирования устройств, в которых допуски по времени составляют 100 мс и более.

Управление последовательностью с помощью специализированных аппаратных средств

Если для управления последовательностью включения выходных каналов источников питания требуется более высокая точность и стабильность временных параметров, придется использовать специализированные аппаратные средства. Автору приходилось видеть испытательные системы, для которых инженеры создали собственные схемы и установили их между выходами источника питания и входами ТУ. Заказные специализированные схемы представляют собой эффективный аппаратный коммутатор, который подает напряжение с выходов источника питания (которое уже запрограммировано на правильное значение) в точно заданные моменты времени, определенные в последовательности. Это довольно дорогой и сложный, но вместе с тем — и очень точный способ задания последовательности. Отметим, что по мере повышения уровня тока разработка системы коммутации становится и сложнее, и дороже. Для большинства инженеров-испытателей создание специализированных аппаратных средств только для задания последовательности вряд ли приемлемо, но для тех, кому нужно обеспечить очень точную синхронизацию, это может быть единственным вариантом.

Источники питания со встроенной функцией задания последовательности

Сегодня на рынке есть несколько источников питания, которые специально предназначены для проведения сложных испытаний (рис. 2). Эти приборы имеют встроенную функцию задания последовательности включения выходных каналов. Для исключения зависимости от компьютерной программы, управляющей временем включения выходов, в этих источниках питания используются встроенные аппаратные таймеры, которые позволяют запрограммировать эти приборы на включение через заданные промежутки времени. Это позволяет избежать джиттера в программных циклах синхронизации и обеспечивает аппаратное задание последовательности, точность и стабильность временных соотношений. Для обеспечения нужной последовательности включения нескольких источников питания они должны быть связаны между собой сигналом запуска или другим аналогичным способом синхронизации. Такого рода приборы изначально предназначались для использования в автоматизированных измерительных системах, но есть также несколько лабораторных систем питания, имеющих встроенные функции задания последовательности включения выходных каналов.

а) Модульная система Agilent N6700; б) анализатор источников питания Agilent N6705B

Рис. 2. а) Модульная система Agilent N6700; б) анализатор источников питания Agilent N6705B

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке