Лабораторные программируемые источники питания — усилители серии АКИП‑1108 с интегрированными возможностями по формированию произвольной формы тока/напряжения

Предлагаем читателям ознакомиться с самой компактной серией источников напряжения и тока АКИП TOELLNER. С точки зрения функциональности и технических возможностей это инновационные, быстродействующие импульсные источники питания, которые предназначены для выдачи электрической мощности, прецизионного тока/напряжения с низким уровнем шума.

Каждая из моделей (рис. 1) представляет собой источник стабилизированного питания с поддержанием заданного значения выходного напряжения, тока и мощности (имеет режимы CV, CС, CP).

Рис. 1. Внешний вид источника напряжения и тока АКИП TOELLNER

Модельный ряд состоит из десяти вариантов исполнения источников с одним или двумя выходными каналами с общей выходной мощностью 400 Вт. ИП отличаются сочетанием номиналов выходного напряжения и тока (таблица).

Все модели имеют базовую конструкцию и унифицированный корпус.

Выходные каналы полностью электрически изолированы от общей «земли» системы электропитания, поэтому источники имеют, например, симметричный выход. В стандартной комплектации есть интерфейс RS‑232, в качестве опции доступны GPIB и USB. Отличительная черта источников — минимальные массо-габаритные размеры: формат по высоте — 2HU, по ширине — половина стандартной стойки (1/2 19″), масса — всего 5 кг.

Особенности серии АКИП‑1108/АКИП‑1108A:

• Функция Аutorange (прирост рабочей области ВАХ).
• Установка, поддержание и измерение значений напряжения, тока и мощности с высокой точностью (четыре разряда).
• Управляющий аналоговый вход.
• Малое время нарастания/спада выходного сигнала (до 2 В/мкс).
• Стабильная, надежная работа в максимально нагруженных режимах.
• Высокие показатели ЭМС и малые значения кондуктивных помех.

Функция Аutorange позволяет в моделях серии АКИП‑1108/АКИП‑1108А получить дополнительный прирост рабочей области ВАХ с увеличением количества доступных номиналов регулирования выходного напряжения и тока за счет фиксированного неснижаемого значения мощности Pвых. С помощью этой функции можно увеличить диапазон регулировки значений Uвых и Iвых в сравнении со стандартными ИП с прямоугольной ВАХ, при равной выходной мощности.

На рис. 2 указана область «А» — ВАХ стандартного источника питания 400 Вт, имеющего выходное напряжение до 30 В (прямоугольник). Области «В» — зоны дополнительного приращения выходной мощности благодаря наличию режима Аutorange/«Автодиапазон». «С» — точка максимума выходной мощности в стандартном источнике с прямоугольной ВАХ напряжением 30 В, при значении тока 13,33 А (максимальная выходная мощность — 400 Вт). В итоге один такой источник заменяет несколько моделей других типов. При необходимости источники АКИП‑1108/1108А можно соединять друг с другом последовательно или параллельно (однотипные модели).

Рис. 2. Вольт‐амперная характеристика АКИП‐1108‐40‐20 (А+В)

Установка выходных параметров производится с высоким разрешением при помощи электронного регулятора-энкодера и кнопочной клавиатуры. Отсутствие контактов, а значит, трения и механического износа, увеличивает надежность и прецизионность регулировки, а также срок службы источника. Высокое разрешение позволяет выполнять прецизионные измерения многоразрядных АЦП и ЦАП, которые нельзя осуществлять с помощью обычных источников питания.

Возможности высокоточной установки выходных параметров усилены функцией MSD (Most Significant Digit): пользователь может выбрать наиболее значимый разряд для регулировки. Функция MSD — это гибкость настройки в том случае, когда перед пользователем стоит выбор: обеспечить очень точную или очень быструю регулировку параметра в полном диапазоне выходного напряжения.

Источники оснащены высококонтрастным монохромным ЖК-дисплеем для отображения измеренных значений, уставок и меню настройки. Экран представляет собой графическую 2‑строчную матрицу, по 20 символов в каждой строке. Одновременно отображается до четырех независимых параметров, что очень удобно для считывания выходных параметров и контролирования текущего статуса источника.

Неоспоримым преимуществом конструкции является наличие функциональных выходов как на передней, так и на задней панели.

Помимо удобства коммутации и соединения с нагрузкой, особенно при монтаже источников этой серии в 19″ шкафу, это обеспечивает 4‑проводную схему при питании удаленной нагрузки и компенсацию падения напряжения 1 В (рис. 3).

Рис. 3. Компенсация падения напряжения (нижняя 4‐проводная схема)

Особо следует остановиться на моделях источников питания, имеющих два выходных канала (АКИП‑1108А, таблица). Выходная мощность на каждый канал составляет 200 Вт, эти ИП также имеют широкий диапазон регулировки выходного напряжения и тока (Uвых/Iвых). Каждый из двух выходов можно использовать автономно: в режиме выдачи стабилизированного постоянного напряжения (CV), тока (СС) или фиксированной мощности (СР). Эти источники могут выдавать различные формы сигналов одновременно на двух выходах. Кроме того, модели этой линейки имеют возможность автоматического синхронного отслеживания (автотрекинг каналов). Таким образом, обеспечивается функция контроля напряжения на выходе 2 в диапазоне значений 0–100% по закону управляющего сигнала на выходе 1 с сохранением всех свойств элементов управления источником.

Рис. 4. Окно редактирования

Функция генерации сигнала произвольной формы (СПФ) является опциональной для серии АКИП‑1108/1108А. Программное обеспечение ArbNet позволяет быстро создавать графические формы и эпюры для формирования произвольной формы (рис. 4, 5). Сигнал осциллографа или внешнего оцифровщика NI (ЦАП/DAQ) в качестве готового шаблона может быть загружен софтом непосредственно в управляющую оболочку для моделирования Uвых. Ресурсы программирования дают возможность эмулировать на выходе источника кратковременные провалы и импульсы, необходимые для тестирования автомобильной и авиационной электроники.

Рис. 5. Редактирование эпюры Uвых: а) в окне программы; б) на экране осциллографа

Дополненные возможностями программного обеспечения источники АКИП‑1108/1108А позволяют быстро формировать и генерировать испытательные импульсы, необходимые для тестирования в соответствии с требованиями стандартов DIN 16750 или ISO 7637. Вместе с ПО поставляется обширная библиотека типовых сигналов от ведущих производителей транспортных средств. Можно легко создать новые формы тестовых кривых, а затем загрузить в любой из источников, без необходимости их редактирования в каждом устройстве.

Кривые напряжения, эпюры сигналов и единичные шаги можно запрограммировать при помощи органов управления передней панели или внешнего ПК для последующей выдачи на выходе.

Внутренняя память позволяет записать сигнал в виде данных (1000 точек формы). Можно разделить память на десять различных блоков данных, каждый блок при генерации формы сигнала можно повторить последовательно несколько раз. Есть возможность повторить всю сформированную последовательность (итоговый выходной профиль) с заданным количеством N циклов. Диапазон программирования длительности единичного шага (точки формы сигнала) — 10–100 мс с разрешением 5 мс (рис. 6). Структура сигнала на этом рисунке: инициализация (блок I), периодический процесс (блок II — пять циклов синусоиды), выключение нагрузки (блок III).

Рис. 6. Пример формирования U/I с использованием блоков

Запуск генерации выходного сигнала из памяти или исполнение созданной программы осуществляется однократно, с заданным числом циклов повторения или с непрерывным следованием (без ограничения времени).

Таким образом, даже без опции произвольной формы (TOE 9151/9152) в режиме ручных манипуляций можно создавать сложные помехи в цепях электропитания для проверки устройств при воздействии импульсов, провалов и других отклонений напряжения или анализе влияния нагрузки.

Модели имеют полный набор режимов безопасной эксплуатации и защиты: установка предела U/I (±Limit), защита от перенапряжения (OVP), перегрузки по току (OCP), превышения выходной мощности (OPP), перегрева (OTP), переполюсовки, а также защита от обратных токов нагрузки.

Интерес представляет режим программирования лимита выходного напряжения, тока и мощности (OVL, OCL, OPL). Функция установки предельного значения выходного напряжения и тока (+Ulim, +Ilim) обеспечивается раздельно для режима CV (стабилизация напряжения) и CC (стабилизация тока), в том числе для положительной и отрицательной области. Следует подчеркнуть, что в момент достижения заданного лимита Vlimit выход ИП не будет отключен (синяя и черная линии на рис. 7: Uset = Umeas).

Рис. 7. Функционирование в режиме OVL

В отличие от функции установки лимита по напряжению (OVL) в источниках, имеющих возможность установки только заданного значения уровня защиты от перенапряжения (режим OVP) при достижении заданного значения Uвых, обозначенного красной линией, выход будет отключен от нагрузки (рис. 8).

Рис. 8. Функционирование в режиме OVP

Внутренняя электронная калибровка для обеспечения точностных параметров выполняется без необходимости корректировки подстроечными элементами и вскрытия корпуса (через системное меню с помощью клавиш панели управления или командами в режиме дистанционного управления).

Приобретение опции формирования произвольной формы является необходимым условием лишь в том случае, если требуется генерация комплексного или специфического сигнала с использованием внутренней памяти источника. Наличие управляющего аналогового входа в этих сериях позволяет обеспечить формирование сигнала произвольной формы при задействовании генератора СПФ в качестве внешнего источника. В такой связке «генератор + усилитель» можно реализовать широкие ресурсы для выдачи сигнала произвольной формы увеличенной мощности или прикладного моделирования выходного тока и напряжения.

Способность формировать самые сложные и быстрые сигналы помех делает эти источники оптимальным средством для испытаний бортового электрооборудования летательных аппаратов и транспортных средств различного назначения, на которые будут воздействовать прерывания напряжения питания и наводки. Область применения включает в себя также испытания преобразователей постоянного тока и инверторов, моделирование пуска электродвигателей, проведение ресурсных испытаний электронных изделий, зарядки и тестирования аккумуляторных батарей.