Источники питания АКИП‑1136 с функцией формирования сигнала произвольной формы
Источники этой серии построены на базе линейных стабилизаторов напряжения. Их главные достоинства — выработка «чистого», неискаженного питания определенной мощности и высокое быстродействие изменения напряжения во всем выходном диапазоне. Время изменения напряжения от 10 до 90% диапазона — не более 200 мкс. В этих чрезвычайно универсальных устройствах основные функции и параметры высокоскоростного источника оптимально объединены с возможностями генерации сигналов произвольной формы (Arbitrary). В совокупности с прилагаемым программным обеспечением ArbNet для построения кривых выходного напряжения и тока технические характеристики этих источников позволяют создавать реальные кривые переходных процессов, практически имитировать пульсации напряжения с частотой до 70 кГц.
Серия представлена широкой модельной линейкой с диапазоном выходного напряжения от 0 до 100 В (Uвых), током нагрузки от 0 до 320 А (Iвых) и максимальной выходной мощностью от 160 до 5120 Вт в зависимости от варианта исполнения (таблица).
Модель |
0–16 В |
0–18 В |
0–20 В |
0–24 В |
0–32 В |
0–40 В |
0–48 В |
0–64 В |
0–80 В |
0–100 В |
Мощность |
Форм-фактор: моноблочное исполнение |
|||||||||||
АКИП-1136-xx |
0–10 A |
0–9 A |
0–8 A |
0–7 A |
0–5 A |
0–4 A |
0–3,5 A |
0–2,5 A |
0–2 A |
0–1,6 A |
160 Вт |
АКИП-1136A-xx |
0–20 A |
0–18 A |
0–16 A |
0–14 A |
0–10 A |
0–8 A |
0–7 A |
0–5 A |
0–4 A |
0–3,2 A |
320 Вт |
Форм-фактор: настольное двухблочное исполнение (управляющий модуль + блок усиления) |
|||||||||||
АКИП-1136B-xx |
0–40 A |
0–36 A |
0–32 A |
0–28 A |
0–20 A |
0–16 A |
0–14 A |
0–10 A |
0–8 A |
0–6,4 A |
640 Вт |
Форм-фактор: источники АКИП-1136С…1136G поставляются в мобильном шкафу (LabMobil 19″/15HU) |
|||||||||||
АКИП-1136C-xx |
0–60 A |
0–54 A |
0–48 A |
0–42 A |
0–30 A |
0–24 A |
0–21 A |
0–15 A |
0–12 A |
0–10 A |
960 Вт |
АКИП-1136D-xx |
0–80 A |
0–72 A |
0–64 A |
0–56 A |
0–40 A |
0–32 A |
0–28 A |
0–20 A |
0–16 A |
0–13 A |
1280 Вт |
АКИП-1136E-xx |
0–100A |
0–90 A |
0– 80 A |
0–70 A |
0–50 A |
0–40 A |
0–35 A |
0–25 A |
0–20 A |
0–16 A |
1600 Вт |
АКИП-1136F-xx |
0–120A |
0–110 A |
0–100 A |
0–80 A |
0–60 A |
0–50 A |
0–40 A |
0–30 A |
0–25 A |
0–20 A |
1920 Вт |
АКИП-1136G-xx |
0–160 A |
0–145 A |
0–130 A |
0–10 A |
0–80 A |
0–65 A |
0–55 A |
0–40 A |
0–32 A |
0–26 A |
2560 Вт |
Форм-фактор: источники АКИП-1136H…1136L поставляются в одном подкатном 19″ шкафу |
|||||||||||
АКИП-1136H-xx |
0–200 A |
0–180 A |
0–160 A |
0–135 A |
0–100 A |
0–80 A |
0–70 A |
0–50 A |
0–40 A |
0–32 A |
3200 Вт |
АКИП-1136K-xx |
0–220 A |
0–200 A |
0–180 A |
0–150 A |
0–110 A |
0–90 A |
0–77 A |
0–55 A |
0–45 A |
0–36 A |
3600 Вт |
АКИП-1136L-xx |
0–240 A |
0–215 A |
0–195 A |
0–160 A |
0–120 A |
0–96 A |
0–80 A |
0–60 A |
0–48 A |
0–40 A |
3840 Вт |
Форм-фактор: источники АКИП-1136M…1136N смонтированы в двух подкатных 19″ шкафах |
|||||||||||
АКИП-1136M-xx |
0–280 A |
0–250 A |
0–225 A |
0–190 A |
0–140 A |
0–115 A |
0–95 A |
0–70 A |
0–56 A |
0–45 A |
4480 Вт |
АКИП-1136N-xx |
0–320 A |
0–285 A |
0–260 A |
0–215 A |
0–160 A |
0–130 A |
0–110 A |
0–80 A |
0–64 A |
0–52 A |
5200 Вт |
Общие сведения
АКИП‑1136‑хх — это серия быстродействующих линейных программируемых источников питания постоянного тока с возможностью формирования произвольной формы (Arb). Эти устройства отличает высокая производительность, быстрота нарастания/спада в полном диапазоне Uвых, точностные характеристики и скорость измерения напряжения/тока. Модельный ряд включает 130 моделей, работающих в режимах CV/CC. Стабилизацию напряжения (СV) выбирают для использования источника в режиме постоянного напряжения. Режим поддержания постоянного выходного тока (CC) предусмотрен для выдачи стабилизированного тока.
Линейка представляет собой поколение инновационных программируемых ИП постоянного тока с использованием возможностей дистанционного управления по шине GPIB. Каждая из моделей серии объединяет в себе широкий спектр уникальных функций, среди которых высокие характеристики выходного сигнала и уникальное быстродействие при формировании требуемых эпюр Uвых и Iвых.
Серия представлена 13 линейками с различными значениями Pвых, в каждой — по 10 вариантов исполнения с различными номиналами Uвых (16; 18; 20; 24; 32; 40; 48; 64; 80; 100 В). Источники обладают высокой дискретностью при формировании выходного напряжения и тока (разрешение ЦАП — 14 разрядов). Максимальное разрешение программной установки составляет 1 мВ или 1 мА.
Источники питания АКИП‑1136‑хх оснащены ячейками внутренней памяти с надежной защитой от сбоев и потери данных. При управлении по шине GPIB/КОП быстродействие при измерении значений встроенным контроллером составляет 12 изм./с. Это позволяет в большинстве случаев обойтись без дополнительных внешних цифровых мультиметров для контроля выходных параметров. При этом измеренные значения Uвых и Iвых выводятся на два раздельных 5‑разрядных светодиодных индикатора.
В комплект поставки входят: сетевой шнур питания, руководство по эксплуатации, карта памяти объемом 512 кбайт (1 шт.) и ПО для формирования Uвых произвольной формы (Arbitrary software). Драйверы LabView для ПО (базовый набор) находятся в свободном доступе для скачивания пользователями на сайте компании-изготовителя.
Модели трех начальных линеек имеют моноблочную конструкцию. Самый компактный форм-фактор в линейке 1136 составляет 1/2 19″ ×2HU (рис. 1а), а источники 1136‑А имеют форм-фактор 19″ ×3HU (рис. 1б).
До номинала выходной мощности 1280 Вт с конфигурацией четыре блока (один основной + три модуля расширения) источники используют однофазное подключение к питающей сети ~220 В (рис. 1в).
Источники с конструктивным исполнением от пяти блоков и более (выходная мощность 1600–5200 Вт), устанавливаемые в подкатной 19″ шкаф LabMobil, запитываются от 3‑фазной сети 0,4 кВ (рис. 1г).
Таким образом, начиная с линейки 1136‑В, мощные источники изготавливаются с использованием модульного принципа: один модуль является основным ведущим (master), остальные (в зависимости от модели) — ведомыми блоками расширения выходного тока/мощности (booster). Количество таких блоков определяется значением требуемой выходной мощности. Ведущий модуль максимально поддерживает до 15 блоков расширения. Это позволяет, например, построить на базе источника питания стенд для эмуляции процессов авиационной бортовой сети номинального напряжения 27 В с мощностью от 1,6 кВт (четыре бустера) до 5,2 кВт (15 бустеров — рис. 2).
Следует отметить, что комбинация модулей в каждом из вариантов моделей является фиксированной (рис. 3), то есть впоследствии нельзя будет изменить спецификацию источника питания (модернизировать его), добавляя или удаляя усилительные блоки.
Преимущества и специальные возможности
- Высочайшая скорость нарастания и спада выходного напряжения: ~2 В/мкс.
- Возможность выдачи сверхтока до 1000 А на кроткий интервал времени с режимом короткозамкнутой нагрузки (увеличение выходного тока 3×Iном в импульсе 10 мс).
- Опциональная возможность рассеяния мощности (обратный импульсный ток нагрузки 10 мс) — от 1000 Вт до 16 кВт в зависимости от модели.
- Генерация сигналов напряжения и тока любых форм с параметрами в пределах диапазонов допустимых регулировок (в зависимости от модели).
- Возможность импорта реальных сигналов из устройств хранения цифровых данных или систем регистрации информации (оцифровщиков NI).
- Интерфейс GPIB и аналоговый вход управления в стандартной комплектации.
- Эмуляция пульсаций и помех электросети транспортного средства: наложение переменного сигнала с амплитудой 6 Вп-п в диапазоне частот 11 Гц…70 кГц.
- Удобное программное обеспечение (Arbnet).
Функциональные возможности
В источниках АКИП‑1136‑хх реализован классический принцип работы стабилизатора с последовательным включением регулирующего элемента. Для минимизации потерь мощности перед последовательным каскадом стабилизации включен предварительный ступенчатый регулятор. Уникальность серии заключается в сочетании следующих факторов: превосходные выходные параметры, минимальные пульсации напряжения, практически полное отсутствие эксплуатационного шума, прецизионная электромеханическая сборка, удобство управления.
Каждая модель может использоваться для формирования и выдачи на функциональном выходе каждого из составных блоков чрезвычайно точного и неискаженного постоянного напряжения до 100 В и тока до 320 A. В функции «Произвольная форма/Arb» источники применяются для создания практически любых кривых (эпюр) напряжения и тока. По длительности выходная кривая U/I характеризуется возможностью формирования на интервале до 1000 регулируемых точек.
Интерфейс GPIB, являющийся стандартным во всех моделях источников, обеспечивает возможность дистанционного управления от внешнего ПК при их использовании в автоматизированных системах электропитания, программируемых измерительных и испытательных комплексах.
Высокие технические характеристики обеспечивают использование двух первых линеек АКИП‑1136/-1136 А/-1136 В в качестве образцовых лабораторных источников электропитания (источников тока и напряжений), в том числе с ручным управлением при помощи клавиш на передней панели (рис. 4).
В памяти могут храниться до 100 параметров настройки источника (профилей). Состояние последней настройки, предшествующей выключению источника, запоминается и может быть вызвано при повторном включении питания. При питании чувствительной нагрузки для подавления возможных помех и пульсаций и блокировки на выходе нежелательных пиков параллельно выходным клеммам ИП можно при необходимости подключать внутренний сглаживающий конденсатор нажатием клавиши на передней панели. Всегда при включении питания конденсатор будет подключен по умолчанию (заводская уставка). В случае использования источника для формирования сигнала в режиме максимального быстродействия выходной конденсатор можно принудительно отключать, при этом на панели рядом с кнопкой загорится соответствующий сигнальный светодиод.
К дополнительным функциональным возможностям относятся режим автоматической компенсации падения напряжения и быстрое переключение между режимами «ожидание» и «исполнение», что позволяет практически мгновенно понизить напряжение и ток до нуля в режиме ожидания/standby или же сразу выйти на запрограммированные значения в режиме выдачи выходного сигнала (исполнение/execute).
Основные выходы и другие функциональные разъемы расположены не только на передней панели, но и на задней (параллельно) для применения в автоматических измерительных системах и испытательных стендах.
Важным фактором для выбора модели источника серии АКИП‑1136‑хх является обеспечение требуемой мощности при минимальном значении установившегося напряжения питания бортовой сети ТС. Для ситуации моделирования ненормального режима работы электропитающей сети условного подвижного объекта минимальное установившееся значение напряжения питания составит 18 В, а значение переходного напряжения при этом может достигать 80 В. Очевидно, что для обеспечения испытаний ТС с номинальной потребляемой мощностью 500 Вт потребуется источник питания с диапазоном выходных напряжений 0–80 В и током до 27,7 А. Такие параметры с небольшим запасом по току обеспечивает АКИП‑1136G‑80-32, а также другие модели с более высокой мощностью.
Причина в том, что источники серии АКИП‑1136‑хх в отличие от серий АКИП‑1107/-1108 не имеют режима поддержания постоянной выходной мощности CP (автовыбор диапазона). В процессе питания нагрузки выходной ток ограничивается одним заданным значением во всем диапазоне выходных напряжений.
Для источников предусмотрены опции, позволяющие создавать пульсации напряжения с гармониками до 100 кГц с помощью обычного внешнего функционального генератора. Среди востребованных дополнительных аксессуаров для тестирования и испытаний — опция 8810/103 для кратковременной выдачи в цепь питания нагрузки тока, в три раза превышающего номинальное значение. Длительность протекания такого сверхтока составляет ~10 мс, что вполне достаточно для выполнения ряда дополнительных силовых тестов. Следует подчеркнуть, что в тех случаях, когда указанного интервала времени будет недостаточно, разработчиками предусмотрена адресная возможность значительного увеличения длительности импульса до ~350 мс для тех клиентов, которым требуется на порядок бóльшая длительность выходного токового импульса источника.
Пульсации бортовой электросети/наложение переменной составляющей
Опция внешнего наложения 8810/107 имеет функциональность «2‑в‑1»: помимо эмуляции помех и пульсаций она позволяет обеспечить протекание тока противоположной полярности. Таким образом, можно рассеивать электроэнергию, накопленную в питаемой нагрузке, например в конденсаторах. Опция обеспечивает моделирование пульсаций и нестабильности бортовой электросети в диапазоне частот 11 Гц…70 кГц с амплитудой сигнала до 6 Вп-п (рис. 5). Поскольку напряжение подается от внешнего генератора, то на сигнал можно наложить синус, треугольник или прямоугольник и получить результирующую форму сигнала для тестирования, или ИП может выдать неискаженное постоянное напряжение для питания нагрузки.
Опция 88107/107 М (для управляющего модуля (master) АКИП‑1136‑K… АКИП‑1136‑N) позволяет имитировать пульсации электроцепей ТС или накладывать переменный сигнал 11 Гц…70 кГц на форму Uвых, а также одновременно быть потребителем тока нагрузки (в режиме Sink) c поглощаемой мощностью до 1 кВт.
Режим поглощения мощности
В серии АКИП‑1136‑хх опция 8810/107M способна обеспечить режим потребления тока (рассеяния мощности/sink) и тем самым быстро разряжать большие емкости, которые могут находиться в цепях подключенной нагрузки. Обратный ток нарастает очень быстро: его фронт практически вертикален, а итоговое значение может достигать величины трех (!) номиналов выходного тока (рис. 6).
Так, например, АКИП‑1136A (32 В/10 А), обеспечивая выходную мощность 320 Вт, в непрерывном режиме имеет возможность увеличить реверсный ток с номинальных 10 до 30 А. В этом случае конденсатор емкостью C = 10 000 мкФ будет разряжен с напряжения 14 В до уровня 4 В всего за 3 мс. Таким образом, при установке опции 8810/107 максимальный ток нагрузки обратной полярности в кратком интервале времени обеспечит поглощение мощности ~1000 Вт.
Для заказа доступна опция внешнего наложения переменной составляющей (AC super-imposition) и поглощения мощности (режим кратковременной токовой нагрузки), как для управляющего модуля/master), так и для блока расширения/booster (8810/107‑М/B).
Опция 8810/107B подобна 8810/107M, но используется с блоками расширения/усиления (booster). Как было уже отмечено выше, поглощаемая мощность в режиме КЗ нагрузки составляет около 1 кВт, таким образом, в зависимости от модели возможно рассеяние мощности максимально до 16 кВт.
Модель источника АКИП‑1136F (40 В/50 А), состоящего из одного управляющего модуля и пяти блоков расширения, с опцией 88/107 будет аппаратно реализована при заказе в следующем виде: АКИП‑1136F‑40-50, 1×8810/107M, 5×8810/107B.
Отличия и особенности при формировании произвольной формы
Осциллограф в режиме сбора данных выполняет захват и обработку единичных отсчетов входного сигнала с установленной частотой выборки (рис. 7, верхний график). Аналогичная ситуация и при использовании функционального генератора, когда при формировании выходного напряжения произвольной формы требуется задать лишь один параметр в каждой точке — уровень напряжения (Uвых), при этом его ЦАП имеет нормированную дискретизацию (sample rate) с равными интервалами распределения выборок (рис. 7, средний график). В данном примере длина оцифрованного или сгенерированного сигнала состоит из 24 точек.
Для источника питания особенность функционирования заключается в том, что необходимо задать три параметра для каждой точки: напряжение U (В), силу тока I (А) и длительность t (с), которая может изменяться произвольным образом в зависимости от формы выходного сигнала (рис. 7, нижний график). Как видно на рисунке, источнику питания для полного повторения такой же выходной формы потребовалось всего восемь точек (в три раза меньше!), что существенно сэкономит ресурсы внутренней памяти.
Формирование произвольной формы (Arbitrary)
Программируемые источники питания АКИП‑1136‑хх имеют функцию генерации сигнала произвольных колебаний (СПФ). Каждой из 1000 опорных точек формы выходного сигнала может быть присвоено значение напряжения в пределах допустимых диапазонов, а также задан требуемый интервал времени. Последовательность точек сигнала может располагаться между произвольно выбранными начальной и конечной точками. Длительность этих реперных точек выходной формы задается в интервале от 200 мкс до 100 с, что обеспечивает возможность генерации сигналов с периодом от 400 мкс до 100 000 с (около 28 часов!).
На рис. 8 приведен пример формирования выходного напряжения в виде типового поточечного профиля P1‑P2‑P3‑P4‑P5‑P6. В окне управляющей программы была выполнена растяжка сигнала (ZOOM) для анализа максимальной дискретности по времени (рис. 9).
Далее была выполнена загрузка данных в источник и воспроизведение заданной формы на выходе с одновременным контролем созданной эпюры Uвых цифровым осциллографом (рис. 10).
Формирование выходной последовательности (профиля) поддерживается в двух режимах.
Первый: производится выдача непрерывной циклической последовательности (continuous), которая исполняется до тех пор, пока не будет остановлена с клавиатуры вручную, при помощи команды по шине GPIB или сигналом от схемы внешней синхронизации и запуска (ext trig).
Второй: так называемый пакетный режим (burst) профиля, при котором формирование последовательности на выходе автоматически прекращается после завершения заданного количества единичных циклов. Любая из точек может стать при необходимости дополнительной точкой остановки путем установки амплитуды на нулевое значение и задания временного интервала для исполнения шага.
Режим формирования произвольной формы на выходе ИП защищен от потери данных благодаря наличию встроенной энергонезависимой памяти, что гарантирует предотвращение сбоев при эксплуатации. Разъем для установки карты памяти стандартным объемом 512 кбайт (до 1–2 Мбайт опционально) соответствует стандарту JEIDA‑4.0, что позволяет записывать в нее параметры 1000 точек произвольной формы в функции Arbitrary и впоследствии считывать их для формирования сохраненного профиля Uвых (рис. 11).
Форма Uвых загружается через интерфейс GPIB во внутреннюю память устройства для формирования произвольного сигнала.
Благодаря функции формирования произвольной формы источники АКИП‑1136‑хх оптимально подходят для автоматических испытательных и измерительных установок, а также для тестирования на соответствие бортовых электроцепей норам ЭМС и контроля допустимых уровней пульсаций. Ранее для таких видов испытаний применялись специфические контроллеры под управлением ПК с адаптированным программным обеспечением для анализа данных.
Программное обеспечение
Управляющая программа, входящая в комплект поставки, чрезвычайно универсальна, она позволяет интуитивно использовать ИП и обеспечивает формирование практически любой формы или сигналов в течение очень короткого времени (импульса). Кроме того, управляющая программа имеет библиотеку стандартных форм от ведущих производителей ТС, которая постоянно обновляется.
Таким образом, можно формировать испытательное напряжение сигналов, которые могут появиться лишь в перспективе (только в будущем). ИП могут эмулировать провалы и выбросы, импульсы сброса нагрузки и многие сложные формы напряжений.
Ресурсы обширной библиотеки типичных эпюр напряжения ТС (рис. 12) предоставляют пользователю универсальный инструмент для надежного тестирования.
Данный режим этих максимально универсальных ИП произвольных форм востребован для моделирования процессов пульсаций с частотой от 11 Гц до ≥70 кГц и наводок в электроцепях ТС или авиатехники.
Аналоговое управление и релейная матрица
Источники питания АКИП‑1136‑хх имеют возможность внешнего аналогового управления c помощью двухконтактного соединителя типа BNC. При подаче управляющего напряжения на вход, например, от любого функционального генератора можно формировать выходное напряжение и ток по закону изменения Uвх. Вспомогательные параметры сигналов кроме амплитуды и формы, а также различные условия и режимы тестирования могут быть заданы органами управления передней панели или командами внешнего ПК по шине GPIB.
Все рабочие настройки, устанавливаемые пользователем вручную органами управления передней панели, также могут задаваться дистанционно по шине GPIB, за исключением курсорных функций (перемещение маркера в меню влево/вправо).
В дополнение к указанным возможностям источники питания имеют модули для управления встроенной релейной матрицей, состоящей из четырех реле, каждое с изолированным нормально разомкнутым контактом (NO). Выходы контактов находятся на колодке 25‑контактного разъема типа D‑SUB на задней панели (I/O connector). Этими реле можно управлять клавишами панели ИП или по шине GPIB. Кроме того, на этот разъем подается аналоговое напряжение для мониторинга значений тока и напряжения, а также синхросигнал внешнего запуска при формировании сигнала напряжения произвольной формы (ext trig input).
Интерфейс GPIB
Программируемые источники питания АКИП‑1136‑хх полностью соответствуют стандарту устройств с интерфейсом IEEE 488.1 и совместимы с шиной GPIB. Кодировка команд управления определяется в соответствии со стандартом IEEE 488.2. Адрес GPIB (номер устройства) задается с клавиатуры управляющего ПК. В перечне функциональных ресурсов обмена данными — возможность «прямого» импорта отсчетов по интерфейсу из цифрового осциллографа или данных оцифровщика NI для генерации захваченной формы Uвых.
Дополнительные принадлежности и опция импульсного тока
Для линеек АКИП‑1136 А/-1136 В в комплект поставки включен монтажный комплект (3HU) из двух боковых проушин и принадлежностей для установки моделей в 19″ стойку (TOE 9512). Крепление проушины показано на рис. 13.
Для использования источника в автоматизированных системах, требующих наличия интерфейса GPIB, предлагается опция USB-кабеля адаптера (9101) (рис. 14).
Предусмотрен также широкий перечень опций, позволяющий источникам полно и эффективно реализовать заложенные разработчиками аппаратно-программные возможности. Среди них опция быстро нарастающей нагрузки для 3‑кратного увеличения выходного тока (3×Iуст., 8810/103) (рис. 15).
При использовании самого компактного источника в стандартных 19″ стойках необходимо применять панель-адаптер формата 3HU для установки одного блока АКИП‑1136 в стандартный шкаф/стойку (опция 9502).
При необходимости интегрировать несколько источников в ряд можно использовать опцию 9508. Внешний вид этих панелей приведен на рис. 16 и 17.
Сферы применения АКИП‑1136‑хх и примеры тестирования
Источники питания серии АКИП‑1136 можно применять при решении таких задач, как:
- Изучение и понимание процессов, протекающих при зарядке аккумуляторов.
- Анализ процессов запуска двигателя транспортных средств (старт, выход на рабочий режим силовой установки).
- Эмуляция реальных процессов запуска в различных ТС (автомобиль, самолет, судно, ж/д локомотив и пр.): пульсации сетевого питающего напряжения, провалы напряжения и влияние нагрузки, пилообразные нарастания, наброс и сброс напряжения и тока.
- Моделирование нормированных испытательных импульсов по стандартам ISO 7637-2, ISO 16750 и DIN 40839.
- Поиск и устранение проблем в электроцепях с помощью записанных реальных сигналов.
- Разработка собственных спецификаций тестовых сигналов (адаптация их параметров) при разработке и отладке устройств (рис. 18).