PPH-71503D: новый прецизионный импульсный программируемый 2-канальный источник питания постоянного тока

PPH-71503D: новый прецизионный импульсный программируемый 2-канальный источник питания постоянного тока

Коллектив АО «ПриСТ»

В дополнение к ранее выпущенному источнику PPH-71503 компания GW Instek (Тайвань, КНР) анонсировала выпуск новой модели PPH-71503D (Dual) программируемого прецизионного 2-канального источника питания постоянного тока. Новинка по каналу Кан1 обеспечивает выдачу высокостабильного выходного электропитания с двойным диапазоном напряжения/тока и общей выходной мощностью 45 Вт. Выходное напряжение Кан1 может быть выдано на гнезда передней панели источника или при необходимости - на терминалы, расположенные на тыльной панели.

Номиналы рабочих диапазонов: 0…15 В при максимальном токе до 3 A или напряжение от 0 до 9 В с увеличенным током нагрузки до 5 A (рис.1).

Рис.1 ВАХ канала Кан1. Два диапазона представлены прямоугольниками с заливкой серого и розового цвета (щелчок по изображению - увеличение)

Второй независимый канал Кан2 обеспечивает выдачу Uвых 0…12 В и ток до 1,5 А с максимальной выходной мощностью до 18 Вт.

ОБЩИЙ ОБЗОР ФУНКЦИОНАЛЬНОСТИ

Конструктивные особенности и преимущества новинки: низкий уровень шума при эксплуатации (вентилятор системы охлаждения с терморегулированием скорости вращения), компактный и легкий источник с графическим TFT-дисплеем диаг. 9 см (макс. индикация 5 разрядов).

Источник PPH-71503D (рис.2) оснащен функцией OTP (защита от перегрева) с отображением реальной температуры радиатора в правом верхнем углу экрана. Новинка имеет внутреннюю память для записи и вывода 5 наборов значений системных параметров (SAVE/RECALL), 10 настроек статусов питания при включении источника (Power On). Полезная функция защитной блокировки клавиш предотвращает случайную нежелательную коммутацию на гнездах и несанкционированные операции настройки (Key-Lock). Терморегулируемый вентилятор охлаждения уменьшает шум при эксплуатации, предусмотрена возможность записи и хранения экранной информации на flash-карту (hardcopy), а также широкие возможности управления источником внешними командами (конт. реле). Кроме того, PPH-1503D поддерживает приложения, соответствующие трем профилям мощности (Profile1, Profile2 и Profile3) по спецификациям ассоциации USB-IF для тестирования которых нагрузка подключается к источнику через порт USB Host на задней панели (Power Delivery/PD). Все перечисленные ресурсы и решения увеличивают удобство пользования новинкой и эксплуатационную привлекательность модели.

Рис.2. Внешний вид PPH-71503D (передняя и задняя панель) (слева – выделены гнезда Кан1, справа – выделены терминалы обоих каналов Кан1/Кан 2)

Рис.3. Экранное меню функций (щелчок по изображению - увеличение)

Благодаря современной схемотехнике и инновационным решениям источник PPH-71503D обладает высокой точностью внутренних измерений при формировании напряжения и тока, обеспечивая на выходе максимальное разрешение 1 мВ/0,1 мкА, а также возможность измерения коротких импульсов тока нагрузки (длительностью от 33 мкс). Такие показатели удовлетворяют требованиям широкого перечня измерительных приложений клиентов. Быстрые вариации тока нагрузки при питании объекта в обычных источниках могут привести к провалам и спадам выходного напряжения (sags), что в целом повлияет на процесс электропитания, а также на текущее состояние объекта тестирования. Источник обеспечивает высокую скорость реакции и минимальное время переходных процессов, позволяя, за время ≤ 40 мкс компенсировать изменение напряжение ~100 мВ при изменении тока от 10% до 100% от верхнего предела диапазона Iвых (т.е. при 10 кратном изменении нагрузки!).

Кроме того, высокое быстродействие новинки количественно характеризуется малым временем нарастания напряжения до максимального значения (tн от 0,2 мс), и быстрым спадом (tсп ~0,3 мс), что в сотню раз превосходит аналогичные показатели обычного источника питания. Это делает PPH-71503D лидером по показателям скорости реакция на изменения выходного сигнала, обеспечивая на объекте питания стабильное выходное напряжение даже когда нагрузка питается током с наличием больших выбросов и пиков (large transient) в профиле потребляемой мощности.

Примененный в PPH-71503D быстродействующий ЦАП (длинна внутреннего буфера 64К) для динамического режима позволяет измерять импульсный ток с большой скоростью выборки, что исключает необходимость использовать в таких случаях внешний осциллограф с токовым пробником. Точность измерений отображаемых на экране значений тока составляет ±0,2%+1мкA, что для диапазона 5 мА составит в абсолютном выражении составит 11мкA (разрешение индикации 0,1 мкА). Всё это в совокупности обеспечит прецизионное тестирование устройств с гарантией точности установки выходных параметров при заданной погрешности измерений.

ИП общего назначения, не имеющие высоких параметров по быстродействию, в отличие от батареи могут не обеспечить стабильного питания сотовых телефонов, беспроводных средств и носимых устройств. Данные электронные продукты при эксплуатации характеризуются присутствием на кривой тока потребления выбросов (импульсов) большой амплитуды с длительностью от сотен мкс (µs) до десятков мс (ms). Модель PPH-71503D отличается от обычных источников питания тем, что имеет чрезвычайно малое время установления Uвых при отклонениях напряжения в пределах до 100 мВ (в моменты т.н. «перепадов» питания).

Источник PPH-71503D работая в режиме эмуляции батарейного питания с целью выдачи на выходе импульсного тока, способен быстро скомпенсировать падения напряжения, вызванные импульсами тока нагрузки. Канал 1 имеет встроенную функцию эмулирования процессов батарейного питания при питании нагрузки, позволяющую задавать значение выходного импеданса источника таким образом, чтобы точно моделировать внутреннее сопротивление батареи (аккумулятора) во время разряда. Такие особенности, как чрезвычайно малое время установления Uвых и функция эмуляции режима батареи позволяют PPH-71503D максимально точно имитировать профиль выходной мощности батареи и её реальное поведение с целью производственных испытаний и отладки устройств.

PPH-71503D подходит не только для имитации реальной батареи, процессов напряжения зарядного устройства при питании тестируемого устройства, но также может быть электронной нагрузкой для моделирования нагрузочной способности при проведения испытаний на определенный уровень разряда, благодаря функции поглощения и рассеяния тока обратной полярности от потребителя (sink current). Функция поглощения обратного тока (sink) позволяет источнику рассеивать электроэнергию, поступающую извне, что обеспечивает возможность эмулирования процессов заряда-разряда аккумуляторных батарей.

Максимальный ток рассеяния PPH-71503D для канала Кан1 до 3,5 A, для канала Кан2 верхний предел тока рассеяния имеет значение 2 A. Возможность измерений с функцией длительной интеграции при анализе импульсного тока позволяет количественно оценить общую потребляемую мощность блока РЭА в определенный период времени (усредненную) или оценить энергопотребление устройства за весь период тестирования в целом.

Одно из таких прикладных приложений PPH-71503D - измерение мощности потребления мобильного телефона от начала вызова до конца соединения с целью анализа всех параметров электропитания его ВЧ приёмо-передатчика и суб-блоков (посылка вызова, синхронизация, отправка СМС/разговор, активация передачи данных, отключение).

Одно из таких прикладных приложений PPH-71503D - измерение мощности потребления мобильного телефона от начала вызова до конца соединения с целью анализа всех параметров электропитания его ВЧ приёмо-передатчика и суб-блоков (посылка вызова, синхронизация, отправка СМС/разговор, активация передачи данных, отключение).

ФУНКЦИЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ТОКА/SINK (поглощение энергии)

При эксплуатации портативных устройств с питанием от внутренних аккумуляторов к ним для подзарядки периодически подсоединяются сетевые адаптеры питания (ЗУ). В моменты, когда уровень напряжения питания поступающего от ЗУ превышает потенциал на выходе источника на 0,3…2,5 В, PPH-71503D начинает потреблять ток обратного направления (от объекта c внутренним сопротивлением R – см. рис.), действуя при этом для объекта с большим напряжением как электронная нагрузка с тепловым рассеянием энергии. В такой ситуации уровень напряжения PPH-71503D может рассматриваться как пороговый уровень режима стабилизации напряжения (CV) в типовой электронной нагрузке.

Таким образом, один источник может использоваться и для зарядки батареи, и для эмуляции нагрузочного тока батареи, потребляя и рассеивая мощность без каких-либо дополнительных приборов и внешних средств тестирования (реостат, меры сопротивления и пр.).

Новинка идеально подходит для испытаний батарей и сетевых портативных зарядных устройств, выступая при этом как источник напряжения + приемник тока для поглощения реверсной электроэнергии.

Рис.4. Диаграмма подключения PPH-1503D и электрическая схема цепи (щелчок по изображению - увеличение)

Следующие диаграммы ВАХ показывают рабочие области отбора мощности каналов Кан1 и Кан 2 источника PPH-71503D:

Рис.5. Диапазоны выходного напряжения и соответствующие им макс. значения тока поглощения/Sink (слева 5а: Кан1 до 3,5 А, справа 5б: Кан 2 до 2 А).

ИЗМЕРЕНИЕ ИМПУЛЬСНОГО ТОКА

При измерении пульсирующего тока пользователь может использовать настройки схемы измерений с установкой уровня запуска в диапазоне 0,005 A…5 A (с шагом триггера 0,001 А). Все помехи, электрический шум, переходные процессы или ложные пульсации (transients), амплитуда которых меньше заданного порогового значения будут игнорироваться схемой запуска источника. Период интеграции при измерении пульсирующего тока устанавливается автоматически или выбирается пользователем вручную в диапазоне значений от 33 мкс до 833,333 мс.

Рис.6. Экран меню «Измерение импульсного тока»/Pulse Current (щелчок по изображению - увеличение)

Число импульсов тока для усреднения может быть задано органами управления передней панели в меню источника в диапазоне от 1 до 100 с шагом в 1 импульс. При необходимости возможно программное увеличение числа усреднений до значения «5.000» (при подключении PPH-71503D к управляющему ПК/команда ). Такие возможности востребованы в приложениях промышленного дизайна батарей питания, при отладке портативных радиочастотных модулей (Bluetooth/WiFi) и тестировании сотовых телефонов.

ДЛИТЕЛЬНЫЙ ПЕРИОД ИНТЕГРАЦИИ

Длительная интеграция при измерении периодических импульсов тока представляет собой функцию измерения усредненного значения силы тока в течение достаточно длительного периода времени. При этом выполняется вычисление среднего значения одной импульсной последовательности или нескольких импульсных последовательностей тока следующих друг за другом в заданном интервале интеграции. Общее время измерений, задаваемое пользователем до 60 секунд. Запуск измерений в этом режиме может быть активирован импульсами как с положительным нарастанием (фронтом), так и отрицательным фронтом (срезом). Функция длительной интеграции при измерении импульсного тока позволит оценить общую потребленную мощность РЭА в целом за период тестирования или структурного блока в определенный период времени. Например, измерить потребленную сотовым телефоном мощность в процессе одного исходящего соединения.

Рис.7. Экраны меню «Длительная интеграция»/Long Integration (справа – пример импульсной последовательности на экране цифрового осциллографа серии GDS-72000)

Новая ФУНКЦИЯ SEQUENCE (SWEEP)

Без необходимости подключения к ПК для практического использования при тестировании в PPH-71503D могут быть запрограммированы различные уровни U/I требуемой длительности в соответствии с условиями измерений с целью их последовательного вывода на выходе (качание профиля/Sweep). В меню предусмотрено до 1000 шагов с возможностью изменения пользователем выходного напряжения (V), силы тока (A) и длительности выполнения (S) в каждом из них.

Диапазон программирования длительности от 1 мс до 3600 сек с разрешением 1 мс. Диапазон программирования циклов в рекуррентном профиле составляет от 1 до 9999 (число повторов шагов). При необходимости данный параметр может быть задан в статусе «бесконечное повторение» исполнения шага при установке значения частоты повторения = 0.

Рис.8. Страница Меню – настройка функции Sequence/(Sweep Кан 1) (щелчок по изображению - увеличение)

Новая ФУНКЦИЯ ЭМУЛЯЦИЯ ПОВЕДЕНИЯ БАТАРЕИ/Battery Simulation

Функция PPH-71503D по моделированию процессов в реальной батарее эквивалентно наличию в цепи питания переменного внутреннего сопротивления, которое подключено последовательно для эмуляции выходного импеданса батареи. Функция также может рассматриваться как источник питания с внутренним переменным резистором в выходном каскаде. Диапазон программирования значений внутреннего сопротивления от 0,001 Ω до 1,000 Ω с разрешением 1 мОм. PPH-71503D может использоваться в качестве батареи/аккумулятора или источника идеального напряжения в котором регулировка напряжения Vset связана с изменением сопротивления переменного резистора Res, включенного последовательно в выходной цепи.

На нижеследующей схеме показано моделирование батареи для получения выходного напряжения Vout.

Рис.9. Модель эквивалента батареи (щелчок по изображению - увеличение)

ВСТРОЕННЫЙ ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР

PPH-71503D обеспечивает не только питание нагрузки, но и измерение выходного напряжения выдаваемое на объект тестирования. Источник оснащен встроенным цифровым вольтметром с диапазоном измерений до 20 В и возможностью его подключения на соответствующие выходные гнезда (на передней или на задней панели). При индикации показаний Uвых на экране погрешность измерения встроенным вольтметром источника составляет ±(0,05%+3 мВ) при максимальном разрешении 1 мВ. Таким образом, у пользователей нет необходимости иметь и задействовать в схеме тестирования дополнительный внешний вольтметр. Обеими портами вольтметра можно дистанционно управлять SCPI командами при помощи внешнего ПК.

Рис. 10. Измерительные гнезда вольтметра/DVM на передней панели (выделено красным контуром) (щелчок по изображению - увеличение)

ВЫХОДНЫЕ КЛЕММЫ, УДАЛЕННОЕ ПОДКЛЮЧЕНИЕ

Клеммы выходного напряжения расположены на передней и задней панели (переключаемые), из которых пользователь выбрать только один для выполнения теста в зависимости от удобства подключения. Для питания удаленной нагрузки предусмотрены специальные 5-и контактные колодки (+Source ,- Source, +Sense, - Sense, ⏚) при помощи которых она подключается по 4-х проводной схеме.

По сравнению с предыдущей версией (PPH-71503) удобства документирования дополнены возможностью записи экранной информации простым нажатием на выделенную кнопку Pict - при этом будет сделан и записан на подключенную USB-flash скриншот текущего экрана.

Новинка легко интегрируется в автоматизированные ИС и комплексы (АИК), в качестве аналога позволяет заменить более дорогие источники Keithley 2306, KEYSIGHT 66319B/D (набор SCPI команд идентичен оригинальным командам).

ПРИЛОЖЕНИЯ ДЛЯ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ

Моделирование функции батареи и режим измерения импульсного тока в PPH-71503D оптимален для тестирования устройств мобильной связи, смартфонов, планшетов, в том числе измерений оборудования беспроводной связи, Bluetooth- периферии и других портативных гаджетов. Возможность детального мониторинга нагрузки при её питании импульсным током, например, в реальном режиме использовании сотового телефона является важным ресурсом инженерного дизайна и отладки, который может обеспечить имитацию присутствия в схеме тестирования батареи по одному из каналов источника, а в другом канале эмулировать зарядное USB-устройство. Таким образом, одновременно могут быть выполнены измерения, как тока зарядки, так и анализ колебаний потребляемого тока при питании нагрузки.

УПРАВЛЕНИЕ ВНЕШНИМИ РЕЛЕ

Источник оборудован соответствующими управляющими портами и поддерживает 4 режима управления выходом PPH-71503D и контактами внешнего исполнительного реле: Limit, Trip, Limit Relay и Trip Relay. Так при выборе функции «Limit» и достижении током нагрузки установленного значения, PPH-71503D будет автоматически переключен из состояния стабилизации напряжения (CV) в режим стабилизации тока (CC). А в функции «Trip» при достижении током установленного порогового значения будет отключен выход источника.

Если в составе тестовой системы одновременно используется несколько взаимодействующих устройств, то может использоваться интегрированная схема управления внешним реле (Limit Relay и Trip Relay). Например, при выборе функции «Limit Relay» и достижении выходным током заданного значения лимита сигнал управления внешним реле перейдет в состояние «высокий уровень» (лог. «1») и вернется обратно к низкому уровню, когда ток станет меньше установленного значения в режиме стабилизации тока (СС).

Таким образом, пользователь может организовать управление внешними устройствами испытательной схемы с различными приоритетами при помощи контактов исполнительного реле.

Рис.11. Схема управления PPH-71503D при использовании внешних реле (выделено красным контуром) (щелчок по изображению - увеличение)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Совокупность высоких технических характеристик источника, точности установки и измерения выходных параметров, широкая функциональность делает модель PPH-71503D оптимальным средством электропитания на производственно-сборочных линиях, в лабораториях НИОКР и службах выходного контроля, в сервисных центрах. Преимущества новинки позволяют широко использовать её на тех ответственных участках, где необходимо обеспечить высокое быстродействие и прецизионность питания в сочетании с эмуляцией поведения батареи и возможностью одновременных измерений встроенным вольтметром (DVM).

Сводная таблица: Преимущества и эффективность применения

Примеч.: * функция защиты при 4-х проводном подключении объекта питания в режиме ХХ (т.е. при размыкании цепи тока нагрузки).

Сравнение возможностей с конкурентными моделями

V- есть; X -нет

Автор:  Коллектив АО «ПриСТ»
Дата публикации:  12.08.2016
Модели:  PPH-71503D