Dôležité úvahy pri výbere napájacieho zdroja s úplnou elektronikou
Výkonová obálka napájacieho zdroja napríklad ukazuje, či dokáže dodať požadovaný výkon pre príslušné parametre napätia a prúdu. Ak sa napájací zdroj používa ako presný zdroj napätia na testovanie obvodu v celom rozsahu prevádzkového napätia alebo ako zdroj kalibrácie, musí sa zabezpečiť, aby sa dosiahla stanovená presnosť zdroja napätia na vstupe testovaného objektu (DUT). Pre vývoj, charakterizáciu a testovanie obvodov, ktoré generujú alebo merajú veľmi malé signály, je potrebné zvoliť správnu návrhovú topológiu napájacieho zdroja a preskúmať interferenčné správanie. To je jediný spôsob, ako zabezpečiť, aby napájanie nezasahovalo do funkcie obvodu. Aplikácie, ako je táto, si vyžadujú bližší pohľad na vlastnosti napájacieho zdroja.
Najdôležitejší bod: potrebné napätie a prúdová kapacita
Maximálna presnosť výstupu
Ak je pre výskumné experimenty, charakterizáciu komponentov alebo testovanie výroby rozhodujúca presná regulácia napätia na celej záťaži, mala by sa starostlivo zvážiť presnosť výstupu napájacieho zdroja a funkcia spätného čítania. Presnosť však môže byť ohrozená, ak napájací zdroj meria iba napätie na výstupných svorkách. Spätná väzba priamo od testovaného objektu je lepšia. To znamená, že napájací zdroj musí mať príslušné meracie vstupy (diaľkový prieskum), ktoré sú pripojené k napájaciemu bodu na DUT. To znamená, že je možné merať napätie, ktoré je v skutočnosti na testovacom objekte, a napájací zdroj môže ľahko kompenzovať pokles napätia na pripojovacích vedeniach (obr. 1). Pri viackanálovom napájaní by mali mať takúto funkciu všetky kanály.
Na prvý pohľad
Aj keď sú napájacie zdroje iba jednoúčelovým prístrojom, je stále veľmi vhodné starostlivo preskúmať možnosti a funkcie napájacieho zdroja. Iba tak je možné zabezpečiť, aby boli splnené aj požiadavky na prúd a napätie. Výkonová obálka zobrazuje, či má zariadenie požadovanú kapacitu. Na dosiahnutie maximálnej presnosti je potrebná funkcia diaľkového snímania a presnosť merania musí byť dostatočná. Ďalej by mala byť známa konštrukčná topológia napájacieho zdroja (lineárneho alebo taktovaného) a správanie sa pri interferencii. Použitím vhodných metód merania je možné plne využiť napájací zdroj. Dobrá príprava zaručuje, že použitý zdroj napájania je rovnakého kalibru ako zvyšok nastavenia merania.
Bez ohľadu na to, aký presný je výstup napájacieho zdroja, nie je zaručené, že naprogramované výstupné napätie bude zodpovedať napätiu pri záťaži. Dôvodom je to, že napájací zdroj zvyčajne reguluje iba napätie na svojich výstupných svorkách. Napätie by sa však malo regulovať na testovanom objekte, a nie na výstupe napájacieho zdroja. Napájanie a záťaž sú pripojené cez vedenia, ktoré majú odpor RLead. Závisí to od dĺžky vedení, vodivosti materiálu vodiča a geometrie vedení. Bez diaľkového snímania majú nasledujúce výsledky napätia pri záťaži: VLoad = VProgrammed - 2 * VLead = VProgrammed - 2 * ILoad * RLead. Ak záťaž vyžaduje vysoký prúd, potom pokles napätia VLead v dôsledku vysokého výstupného prúdu ILoad môže byť niekoľko desatín voltu. To platí najmä vtedy, keď sú napájacie vedenia dlhé, ako napríklad v automatických testovacích systémoch. Napätie pri záťaži môže byť ľahko o 80 až 160 mV nižšie ako požadované napätie (pri 2 až 4 A cez 1,5 m dlhé vedenie s 0,013 Ω/m).
Metóda diaľkového snímania rieši problém poklesu napätia v linkách rozšírením spätnoväzbovej slučky napájacieho zdroja na vstup záťaže. Na vstup záťaže sú pripojené dve meracie vedenia zo zdroja napájania. Tieto snímacie vedenia sú vedenia na meranie napätia, ktoré sú pripojené k vysokoodporovému meraciemu obvodu v napájacom zdroji. Z dôvodu vysokého vstupného odporu je pokles napätia v snímacích linkách zanedbateľný. Obvod na meranie napätia je tak súčasťou riadenia napájacieho zdroja. Napätie skutočne aplikované na záťaž sa hlási späť do napájacieho zdroja cez snímacie vedenia. Napájací zdroj môže zvýšiť výstupné napätie VOut a kompenzovať pokles napätia v napájacích vedeniach, kým nebude platiť toto: VLoad = VProgrammed. Pri diaľkovom snímaní dosahuje presnosť napájacieho zdroja aj záťaž.
Kanály bez potenciálu
Pri viackanálových napájacích zdrojoch je potrebné vziať do úvahy, že by mali mať bezpotenciálové kanály. Bezpotenciálne kanály ponúkajú najvyššiu flexibilitu pri rozširovaní kapacity napätia a prúdu. Pri plávajúcich kanáloch môžu byť dva identické kanály zapojené do série na zdvojnásobenie výstupného napätia alebo paralelne na zdvojnásobenie výstupného prúdu. Aby sa zabezpečilo, že naprogramované napätie skutočne dosiahne záťaž, pre každý kanál by mala byť k dispozícii funkcia diaľkového snímania. To zvyšuje zložitosť elektroinštalácie, ale je to viac než vynahradené vyššou presnosťou napätia na celej záťaži.
Ak je zapojených viac kanálov do série alebo paralelne, aby sa zvýšilo napätie alebo prúd na výstupe, musí sa zabezpečiť správna konfigurácia pripojení diaľkového snímania. Jednotlivé snímacie čiary môžu monitorovať iba napätie príslušného kanála. Ak sú kanály na zvýšenie napätia zapojené do série, musia byť medzi DUT a spoločným bodom týchto dvoch kanálov pripojené snímacie čiary (obr. 2). To zaisťuje, že snímacie vedenia sledujú iba výstup asociovaného kanála a že celkové napätie pri záťaži zodpovedá súčtu naprogramovaného napätia bez straty v dôsledku poklesu napätia na výstupnom vedení. Uzemňovacie vedenia musia konvergovať v rovnakom uzemňovacom bode, aby sa zabránilo nízkemu rozdielovému napätiu medzi snímacími vedeniami. V opačnom prípade to môže viesť k malému chybovému napätiu na záťaži. Zapojenie pre paralelné pripojenie dvoch kanálov (obr. 3) je jednoduchšie, pretože oba kanály dodávajú rovnaké napätie.
Na napájanie bipolárneho obvodu je vhodný aj napájací zdroj s viacerými kanálmi. Pripojenia sú podobné sériovému prepojeniu dvoch kanálov, ale je tiež potrebné pripojenie od uzemňovacieho bodu dvoch kanálov k uzemňovaciemu bodu bipolárneho DUT.
Presné meranie zaťažovacích prúdov
Musí sa merať prúd prúdiaci do záťaže? To je možné dosiahnuť sériovým rezistorom vloženým do vedenia. Potom sa použije DMM na meranie napätia na tomto rezistore. Prúd záťaže sa vypočíta vydelením nameraného napätia hodnotou odporu. Alternatívne je možné DMM zapojiť do série s napájacím zdrojom a záťažou, aby sa mohol prúd záťaže merať priamo. Pri obidvoch metódach je do obvodu integrovaný ďalší prístroj, čo vedie k ďalšiemu poklesu napätia. Buď kvôli vnútornému odporu DMM, alebo vďaka bočnému odporu. Ak je zvolený napájací zdroj s funkciou spätného čítania s dostatočnou presnosťou a rozlíšením, môže merať záťažový prúd priamo bez ďalšieho sériového odporu alebo DMM. Niektoré zdroje napájania ponúkajú vynikajúcu presnosť merania prúdu 0,05 percenta. To zodpovedá presnosti 5½-miestneho DMM, niekedy dokonca 6,5-miestneho DMM. Potom je možné vyhnúť sa ďalšej zložitosti a nákladom na ďalší nástroj (obr. 4).
Minimalizácia interných a externých zdrojov rušenia
Pri napájaní obvodu na meranie malých signálov, napríklad prevodníka pre milivoltové alebo mikroampérové prúdové signály, môžu zo zdrojov rušenia vzniknúť problémy. Samotný zdroj napájania je zdrojom rušenia. Toto rušenie možno rozdeliť do dvoch kategórií: diferenciálny režim a rušenie v bežnom režime. Push-pull rušenie je prítomné paralelne s výstupnými pripojeniami napájacieho zdroja a je vytvárané vnútorným obvodom napájacieho zdroja. Rušenia v bežnom režime sú interferencie s odkazom na zem, ktoré vznikajú prostredníctvom elektrického vedenia a rozptýlené kapacity cez hlavný transformátor. Lineárne napájacie zdroje sú preto pre tieto aplikácie obvykle vhodnejšie, pretože rušenie push-pull na výstupe je výrazne nižšie ako pri taktovaných napájacích zdrojoch. Lineárne napájacie zdroje sú však pri premene energie menej účinné a sú zvyčajne ťažšie a väčšie. Spínané zdroje napájania ponúkajú lepšiu účinnosť a v menšom zariadení pojmú viac výstupného výkonu. Lineárny napájací zdroj sa vyznačuje úrovňou hluku, ktorá je päť až desaťkrát nižšia ((ah)