Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2010 №3

APS-71102 — новый программируемый источник постоянного и переменного напряжения

Шиганов Алексей


В статье представлен обзор нового лабораторного источника питания APS-71102 производства компании GW INSTEK (Тайвань). Рассмотрены конструктивные особенности, основные режимы и возможности, отличия от аналогов, а также сферы возможного применения.

Общие сведения

APS-71102 (рис. 1) — источник питания принципиально нового типа. Это универсальный прецизионный программируемый источник постоянного и однофазного переменного напряжения, с регулируемой частотой в диапазоне от 1 до 550 Гц. Источник питания APS-71102, как следует из названия, способен формировать переменное напряжение (до 270 В СКЗ (среднеквадратичное значение), 1000 ВА) и постоянное напряжение (до 380 В, 1000 Вт). Кроме того, APS-71102 является анализатором нагрузок. Он измеряет следующие параметры: напряжение (RMS, средняя величина DC, пик), силу тока (RMS, средняя величина DC, пик) мощность, частоту напряжения, коэффициент мощности (PF), пик-фактор (СЕ) и гармонические составляющие тока основной частоты 50/60 Гц (до 40-й гармоники включительно). Такие обширные измерительные функции позволяют контролировать одновременно параметры выходного сигнала источника (рис. 2) и состояние подключенной нагрузки (статус) в реальном масштабе времени.

Рис. 1.Источник APS-71102

Рис. 2. Экран «Меню параметров» в режиме AC-INT

Выходные параметры нового устройства (напряжение, частота, начальная фаза) имеют широкие пределы установки. У APS-71102 есть возможность выполнения последовательных операций (пошаговый профиль Uвых). Дополнительные возможности дает разъем Monitor, который предназначен для подключения внешних СИ (измерения, визуализация). Вход Ext Sine на задней панели предназначен для внешней синхронизации выходного напряжения по сигналу уровня ТТЛ. Подробные технические характеристики и спецификации приведены в таблице 2.

Таблица 2. Основные характеристики APS-71102

  Параметры

Значения

Режим «Формирование Uвых»

Режим переменного напряжения, В AC

Диапазон напряжений, В СКЗ

Шкала «100 В» Шкала «200 В»
0,1-135 0,1-270
Разрешение, В 0,1 0,1
Погрешность установки, % ±0,5 ±0,5
Пределы выходных токов, А СКЗ 10 5
Диапазон частот (f), Гц

1,0-550,0 Гц (INT — внутренний источник)

Разрешение, Гц

0,1

Погрешность установки f, %

±0,01

КНИ, %

< 0,5

Неравномерность амплитуды

±0,5 дБ (до 100 Гц); ±2 дБ (100-550 Гц)

Нестабильность Uвых

<0,5% (при изменении тока нагрузки 0-100%) <0,2% (при изменении напряжения питания)

Максимальная вых. мощность

1000 ВА

Режим постоянного напряжения, В DC

Диапазон напряжений, В

Шкала «100 В» Шкала «200 В»
0,1^±190 0,1^±380
Разрешение, В 0,1 0,1
Погрешность установки, % ±0,5 ±0,
Максимальный ток 10 А 5 А
Максимальная вых. мощность

1000 Вт

Максимальный выходной ток

Пиковое значение тока, Апик

Шкала «100 В» Шкала «200 В»
40 20

Режим «измерение параметров Uвых

Выходная частота (частотомер)

Диапазон измерений, Гц   550 1
Разрешение

0,1 Гц

Погрешность измерения

±0,01%

Переменное и постоянное выходное напряжение, В

Предел измерения, В СКЗ

Шкала «100 В» Шкала «200 В»
225 450
Разрешение, В СКЗ

0,1

Погрешность измерения

±0,5%

Переменный и постоянный выходной ток, А

Предел измерения, А

15

Разрешение, А

0,01

Погрешность измерения, %

±1,0

Выходная мощность, Вт-А

Пределы измерений

1200 Вт / 1400 ВА / 1400 ВАР

Разрешение

1 Вт / 1 ВА / 1 ВАР

Погрешность измерения, %

±2%

Измеритель коэффициента мощности (PF)

Диапазон измерений

0,00-1,00

Разрешение

0,01

Измеритель пик-фактора нагрузки (CF)

Диапазон измерений

0,00-50,00

Разрешение

0,01

Измеритель гармоник тока

Макс. число гармоник

До 40-й включительно

Предел измерения

15 А (полная шкала за 100%)

Разрешение

0,01 А (0,1%)

Погрешность измерения

±1,0% (до 20-й гармоники); ±1,5% (21-40-я гармоника)

Фаза при включенном выходе

Диапазон измерений, °

0,0-359,9

Разрешение, °

0,1

Измеритель частоты внешней синхронизации (EX. SYNC)

Диапазон измерений, Гц 1 38- 525
Разрешение, Гц

0,1

Погрешность измерения, Гц

±0,2

Режим «Последовательность» (Sequence) 1

Редактирование Uвых

Длина профиля До 255 шагов
Длительность шага 0,1 мс - 1000 с
Состояния шага Новое значение, подержание, качание (нараст./спад)
Число переходов (скачков) 1-999 или непрерывное воспроизведение
Задаваемые параметры DC/AC (тип); частота; форма; вид синхронизации
Программирование СПФ 16 ячеек (Arb1-Arb16 — при помощи внешнего ПК)
Длина СПФ 4096
Разрядность ЦАП, бит 15

Общие данные

Память 30 профилей
Напряжение питания, В 180-250 ±10% (50/60 Гц)
Интерфейс USB (опция — GPIB)
Габаритные размеры, мм 258x176x440
Масса, кг 9,5

Формы выходного напряжения: синусоидальная, прямоугольная (меандр) и произвольная форма ARB (СПФ). Программирование источника осуществляется вручную с помощью органов управления передней панели или стандартных команд ДУ, в том числе управление выходом источника (включение и выключение Uвых).

Напряжение Uвых выдается на гнезда мультиштепсельной розетки, встроенной в переднюю панель. Для энергоемких нагрузок на задней панели предусмотрена выходная колодка клемм подключения с винтовым соединением. Все измеренные параметры и настройки при регулировке одновременно отображаются на высококонтрастном ЖК-экране (рис. 2) с подсветкой, диагональ экрана — 14,5 см.

Сфера применения

Наиболее всего APS-71102 подходит для лабораторных испытаний источников питания, электрооборудования, электронных зарядных устройств и тестирования модулей РЭА.

Достоинством источника APS-71102 является способность работы на реактивную емкостную нагрузку, он обеспечивает питание подключенного устройства пиковым током, значение которого в 4 раза больше значения номинального потребляемого СКЗ тока (с пик-фактором CF = 4).

Источник оснащен функцией детектирования и измерения пускового тока (Inrush current). Это явление представляет собой процесс кратковременного (50-100 мс) значительного нарастания тока потребления (бросок), возникающий при включении нагрузки вследствие наличия таких реактивных элементов в цепях нагрузки, как конденсаторы, выпрямительные мосты и т. п.

Режим формирования выходного напряжения произвольной формы в APS-71102 реализован за счет встроенного задающего генератора (блок <2> на рис. 3). Это позволяет формировать достаточно сложные формы выходного напряжения: прерывание, перенапряжение, провал, отклонение частоты, свипирование с заданной крутизной (нарастание или спад), изменение коэффициента амплитуды.

Рис. 3. Блок-схема источника

Режимы

В каждом их двух режимов (AC; DC) возможен выбор одного из четырех способов подачи сигнала управления: внутрен-ний/intemal (INT), внешний/extemal (EXT), внутренний + внешний (сложение)/internal + external (ADD) и внешняя синхронизация/synchronization (SYNC). Таким образом, источник питания имеет возможность работы в 8 различных функциональных состояниях при формировании Uвых.

Наиболее интересны и востребованы такие режимы, как усиление входного сигнала и синхронная генерация. В первом случае источник может быть использован в качестве усилителя мощности для формирования увеличенного выходного напряжения. Для этого следует выбрать режим работы: AC-EXT (переменный) или DC+AC-EXT (постоянный) и подать внешний управляющий сигнал на вход EXT SIG IN. При этом Uвых формируется в режиме «повторитель-умножитель» (усиление входного напряжения): источник выдает напряжение, полностью совпадающее с формой входного сигнала. В этом режиме минимальный входной уровень составляет 0,1 В, усиление задается пользователем в пределах 0-200 раз для фиксированного поддиапазона напряжения «100 В» и в пределах 0-400 раз для поддиапазона «200 В».

В случае подачи внешнего сигнала на вход EXT SYNC IN происходит формирование Uвых в режиме «синхронная генерация»: генерация Uвых, синхронного с внешним сигналом. При этом источник выдает напряжение, полностью совпадающее с частотой входного тактового сигнала уровня ТТЛ, которая может находиться в диапазоне значений 40-500 Гц.

Дистанционное управление и программирование

Дистанционное управление и программирование осуществляется через USB-интерфейс. Программное обеспечение, входящее в комплект поставки, обеспечивает следующие функции:

  • настройку источника питания;
  • редактирование и исполнение последова-тельных профилей Uвых (режим Sequence);
  • редактирование и передачу произвольных форм сигнала (режим Arbitrary Waveform);
  • регистрацию измеренных выходных данных (Data Logger).

Кроме того, источник напряжения APS-7n02 можно программировать и с лицевой панели управления.

APS-71102 поддерживает функцию программирования последовательности шагов настройки для формирования тестовых профилей выходного напряжения (Sequence Operation) в режимах: постоянное напряжение (DC) и переменное синусоидальное напряжение (АС). При формировании последовательности Uвых в качестве сегментов сигнала могут использоваться 16 напряжений произвольной формы (ARB1-ARB16), передаваемых от ПК через USB-интерфейс (USBTMC). Для хранения произвольных форм напряжения имеется 16 ячеек внутренней памяти источника, с максимальной длиной формы выходного сигнала до 4000 точек. В ряде источников подобного типа других производителей такой режим предлагается лишь в качестве опции.

Внутренняя память обеспечивает запись/ воспроизведение до 30 профилей. При редактировании профиля в меню доступно создание 255 последовательных шагов, в каждом из которых возможен выбор параметров напряжения — формы сигнала, уровня (В) и длительности (с), а также закона динамики измерения напряжения: качание (нарастание или спад), новое значение Uвых (постоянное), поддержание («полочка»), указанные на рис. 4.

Рис. 4. Пример выполнения шагов профиля

Под термином «Шаг» понимается любое завершенное действие с Uвых: изменение формы, уровня, частоты, крутизны и т. п. (минимальная единица построения последовательности). Параметры выполнения шага и параметры смены шагов определяются индивидуально для каждого очередного шага. Даже когда выполнение последовательности не производится (то есть во время обычного режима выдачи неизменного Uвых), эти параметры определяются таким же образом. Обычный (нормальный) режим источника может рассматриваться как «однократный шаг выходного напряжения без ограничения времени». Параметры выполнения шага определяют Uвых и связанные с ним действия в каждом из шагов профиля. Под термином «Sequence/Последовательность» понимается совокупность двух и более шагов.

В каждом шаге могут быть установлены: форма напряжения, уровень (В) и продолжительность, а также задается закон измерения параметра (constant/keep/sweep). Кроме того, каждая из последовательностей шагов может быть повторена от 1 до 999 раз или воспроизводится непрерывно (режим «по кольцу»).

Источник APS-71102 имеет функцию быстрого перехода к различным шагам во время отработки последовательности. Все данные о шаге последовательности (время старта/остановки качания или поддержании напряжения) сохраняются в памяти и могут быть запрограммированы пользователем на автоматическое воспроизведение в произвольном порядке (на рис. 5 — точки <1>, <2>, <3>).

Рис. 5. Профиль віходного напряжения (шаг 1 - шаг 6)

Функция «Sequence/Последовательность» может быть очень полезной, если на выходе надо сформировать последовательность изменения напряжений, например для тестирования бортовой автомобильной сети или бытовой электроники. При этом Uвых будет меняться согласно запрограммированной последовательности, и тестирование может быть завершено за один цикл последовательных шагов.

Данные о настройке последовательности сохраняются в памяти автоматически. Эти функции и способы редактирования последовательности могут использоваться в режимах работы источника AC-INT (переменный/внутренний источник) или AC+DC-INT (постоянный/внутренний источник).

Контрольные параметры и данные в настройке профиля Uвых:

  • № последовательностей: сохраняются номера для каждого режима операции (AC/AC+DC) и для каждого диапазона выходного напряжения (100/200 В).
  • № шагов: 1-255 (номера шагов в последовательности).
  • Время шага: от 0,1 мс до 1000 с (разрешение 0,1 мс).
  • Операции (в пределах шага): постоянное, поддержание («полочка») или качание.
  • Параметр: напряжение Uвых (DC/AC), частота, форма волны, фаза (начало/конец), шаг синхронизации выхода (2 бита).
  • Число повторов (Jump): 1-999 раз (или непрерывно).
  • Операции функционирования:
    • Start/Старт: запускает последовательность.
    • Stop/Стоп: останавливает последовательность.
    • Hold/Удержание: поддерживает текущие параметры настройки. Эта операция игнорируется, если начато выполнение последовательности (старт).
    • Branch/Ветвь: переход к указанному шагу.

В режиме управления внутренним сигналом для формирования Uвых (AC/DC-INT) или объединения сигналов «внутренний + внешний» (AC/DC-ADD) пользователь при необходимости может запрограммировать допусковые ограничения для напряжения, частоты и тока, из диапазона значений, указанных в таблице 1.

Таблица 1. Параметры для программирования допусковых ограничений

Параметр(настройка)

Диапазон Разрешение
Верхний предел шкала «100 В» +5-200 В  
напряжения шкала «200 В» +10-400 В

0,1 В

Нижний предел шкала «100 В» -(200-5) В
напряжения шкала «200 В» -(400-10) В  
Пиковое шкала «100 В» +10-42 А  
значение тока шкала «200 В» +5-21 А  
Пиковое шкала «100 В» -(42-10) А

0,1 А

значение тока шкала «200 В» -(21-5) А

СКЗ тока

шкала «100 В» 1-10,5 А  
шкала «200 В» 1-5,3 А  

Верхний предел установки частоты

1-550 Гц

0,1 Гц

Нижний предел установки частоты

1-550 Гц

Наличие интерфейса внешнего управления позволяет интегрировать источник APS-71102 в автоматизированные системы измерения, в том числе реализующие функции допускового контроля. Колодка подключения «Ввод/Вывод» с 25 соединительными контактами (D-тип) находится на задней панели. Дополнительно к штатному гнезду USB предлагается интерфейс GPIB (опция КОП).

В комплект поставки входит навесной фильтр для USB-кабеля в форме ферритового бочонка, используемый для подавления высокочастотных помех в электрических цепях интерфейса. Поскольку через «бочонок» проходят оба тока — в сигнальном и «земляном» проводнике USB-кабеля, то такая конструкция работает как фильтр синфазной составляющей шума. Ферритовый бочонок — это один из самых про-стых и дешевых типов интерференционных фильтров для установки на провод в виде разборной конструкции на защелках.

Источник APS-71102 при выходной мощности 1 кВт и массе всего 9,5 кг представляет собой многофункциональный прибор для обеспечения электропитания, полноценной проверки и тестирования выходных характеристик электрооборудования. Все измерительные ресурсы, указанные в таблице 2, сосредоточены в сравнительно небольшом и достаточно компактном устройстве.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке