Биполярные источники–усилители питания АКИП для электронной промышленности, производства и научных исследований

Источники питания являются важными приборами в производственных системах тестирования электронного оборудования. При питании ответственных видов нагрузки достаточно сложно реализовать с помощью обычных источников электропитания выдачу прецизионных питающих токов/напряжений. Чтобы соответствовать современным запросам контрольно-измерительное оборудование, и источники питания в том числе,  должны в полном объеме обеспечивать выполнение высоких требований к выходным сигналам, с точки зрения высокого разрешения, низкого уровня шума, биполярности и быстродействия. Шиганов А.А. АО «ПриСТ» Подробные технические характеристики серии: АКИП-1106 и АКИП-1106А.

Компания ПРИСТ расширяет линейку источников питания и представляет источники питания АКИП производства компании TOELLNER ®(Германия) принципиально нового типа АКИП-1106, АКИП-1106А (рис.1): линейные источники-усилители постоянно-переменного напряжения и тока. Это 2 серии мультирежимных источников биполярного напряжения и тока с диапазоном выходной мощности до 150/320 Вт, наиболее востребованным для испытаний и лабораторного тестирования электронных устройств, электрооборудования, компонентов, эмуляции помех, состояний бортовой электросети различных транспортных средств.

Рисунок 1. Источники питания АКИП-1106 и АКИП-1106А (щелчок по изображениям - увеличение)

Традиционные лабораторные источники питания являются источниками напряжения постоянного тока. Они  способны выдать электрическую мощность только одной полярности, т.е. работают только в одном квадранте ВАХ (диаграммы напряжение/ток, имеющей прямоугольную форму).  Усилители общего назначения хотя и могут выдавать разнополярное напряжение, но обычно неспособны поглощать мощность,  сопоставимую со значением  мощности Pвых, отдаваемой в нагрузку. Поэтому такие усилители работают главным образом как 2-квадрантные устройства (2Q).

Четырёх квадрантные (4Q – рис.2) источники-усилители АКИП-1106, АКИП-1106А являются электронными устройствами, которые обеспечивают генерацию разнополярного напряжения, а также могут выдавать или потреблять ток прямого и обратного направления. С учетом этого они могут использоваться как источник электроэнергии (отдавать мощность), так и  в качестве приемника тока (поглощать/рассеивать мощность в моменты разнонаправленности приложенного напряжения и протекающего в данной цепи тока).

Рисунок 2. Вольт-амперная характеристика источников питания АКИП-1106 и АКИП-1106А

Функциональность

По своим техническим возможностям новая линейка АКИП-TOЕLLNER серий 1106/-1106А представляет собой быстродействующие источники электрической мощности, которые предназначены для выдачи тока/напряжения. Обеспечивается поддержка режимов стабилизации напряжения (СV) для АКИП-1106, и режим поддержания постоянного выходного тока (CC) + (СV) только для АКИП-1106A.

Все модели источников питания серий АКИП-1106 и АКИП-1106А способны функционировать как источник питания с возможностью поглощения/ рассеяния мощности соизмеримой со значением мощности выхода. Таким образом, АКИП-1106/-1106А  с 4-х квадрантным режимом имеют функциональность «3 в 1»: объединяют в одном устройстве источник биполярных напряжений и токов, а также токовую нагрузку (приемник).

Возможно использование моделей этой серии в качестве высокоскоростного усилителя.

В отличие от обычных источников питания наличие режима 4Q позволяет АКИП-1106/-1106А гибко формировать выходные сигналы разнополярного тока или напряжения, что предоставляет помимо традиционных возможностей электропитания, ресурсы расширенного динамического тестирования.

Прецизионность и быстродействие

Источники обеспечивают широкий диапазон биполярного выходного сигнала: напряжение ±10…±100 В и тока ±3,2… ±30 A. Уровень шума не превышает 0,1 мВ скз для диапазона до 1 кГц, и не более 1 мВ в полосе частот до 1 МГц. Высокое быстродействие характеризуется следующими аплитудно–временными параметрами: скорость нарастания 6 В/мкс … 25 В/мкс (АКИП-1106), время нарастания/спада (АКИП-1106 А - в зависимости от модели):  напряжение  2,5 мкс … 5 мкс (режим CV); ток 35 мкс (режим СС).

В связи с растущей потребностью снижения энергопотребления и повышения скорости передачи данных, необходимости применения новых материалов, для полного измерения характеристик устройств или исследуемых образцов приходится применять слаботочные сигналы, обеспечивать увеличение разрешения и точности. Новинки обеспечивают минимальное искажение формы выходного сигнала, например, для серии АКИП-1106А коэффициент гармоник (harm. distortion) составляет < 0,25 % … < 0,1 % для частот до 1 кГц, и не более 1 %  в полосе частот выходного сигнала до 100 кГц.

Источники питания являются эффективными и высокопроизводительными и приборами благодаря следующим особенностям:

• Высокая скорость нарастания/спада (до 25 В/мкс – рис.3).
• Компенсация падения напряжения до 0,5 В на линию при питании удаленной нагрузки (4-проводная схема)
• Управляющий аналоговый вход 0-5 В/ -10 В
• Высокие показатели ЭМС и малые значения кондуктивных помех
• Стабильная и надежная работа в максимально нагруженных режимах работы

Рисунок 3. Скорость нарастания/спада 25 В/мкс

Регулируемое усиление

В серии АКИП-1106 при поступлении входного управляющего сигнала  напряжения на аналоговый вход обеспечивается  максимальное усиление 21 дБ  (Кус. по напряжению). Для  моделей серии АКИП-1106А доступно усиление до 20 раз в режиме стабилизации напряжения/CV (Кус. по напряжению), в режиме стабилизации тока/ СС  - до 6 раз  (Кус. по току).  Помимо возможности кратного фиксированного усиления имеется режим «Регулирование усиления».  Диапазон плавного изменения коэффициента усиления выходного сигнала составляет приблизительно ±10 % от установленного значения для режимов CV или CC.

Постоянное смещение

Используя  регулировку постоянного смещения, можно напрямую задать основное выходное напряжение (до ±Uуст) или ток (±Iуст). Эта функция предназначена для наложения внешнего шумового сигнала, например, от внешнего функционального генератора на сигнал постоянного напряжения или тока. Это позволяет оптимально моделировать пульсации в цепях электрооборудования транспортных средств или эмулировать процессы зарядки и разрядки батарей.

Формирование произвольной формы

При необходимости функция формирования сигнала произвольной формы «напряжение/ ток» обеспечивается при помощи подачи внешнего управляющего напряжения на аналоговый вход. Это позволяет при помощи внешнего генератора эмулировать на выходе источника произвольную форму сигнала или выдавать импульсы кратковременных провалов напряжения и импульсы напряжения/ тока, необходимые для тестирования, например, автомобильной электроники. Источники  позволяют генерировать испытательные импульсы и сложные формы помех для проверки поведения устройств при наличии пульсаций в цепях постоянного тока, воздействии провалов и других отклонений напряжения для анализа влияния нагрузки.

Дополнительные возможности

Выходной рабочий ток положительной и отрицательной полярности может быть опционально увеличен в 3 раза относительно номинального значения.

Рисунок 4. Увеличение тока в 3 раза

Возможность выдачи импульсного тока большей амплитуды на выходе источника-усилителя  длительностью ~3 мс (рис.4) востребована в различных измерительных и тестовых приложениях. Количественно эта опциональная возможность выражается в максимальных значениях импульсного тока до 45 А для АКИП-1106 и до 300 А  для АКИП-1106А.

Для серии АКИП-1106А предусмотрена возможность последовательного/ параллельного (до 3-х) соединения источников  при помощи опциональных адаптеров для увеличения выходного напряжения/ тока. Помимо опции увеличения  выходного тока до 3хIуст (утроение  тока  в импульсе  t=3 мс) для обеих серий, модели старшей серии АКИП-1106А могут иметь опциональный симметричный вход с плавающим потенциалом и диапазоном частот от 0 … 50 кГц/ 100 кГц.

Выбор частотного диапазона

В режиме CV возможна работа во всей полосе частот 0 Гц …100 кГц или установка ограничения частоты воспроизводимого сигнала: 10 кГц, 1 кГц или 100 Гц. В режиме CC ограничение частоты переменного тока выбирается из значений 10 кГц, 1 кГц, и 100 Гц (полоса «отсечки») в зависимости от тестового приложения.

Для сигналов малых уровней (с амплитудой < 4Вп-п) диапазон рабочих частот может составлять  до 400 кГц.

Рисунок 5. АЧХ источника с диапазоном частот до 400 кГц.

Входное сопротивление

Источники-усилители АКИП-TOELLNER серии 1106 имеют фиксированный входной импеданс 100 кОм, а в моделях 1106А входное сопротивление источников может переключаться между значениями 50 Ом/ 100 кОм.

Выходной  импеданс

Выходное сопротивление источников серии 1106А (внутренний импеданс) в режиме CV регулируется в диапазоне значений (0-0,5) x (Vном/ Iном), что в абсолютном исчислении составляет 0….625 Ом и  служит для необходимой адаптации в схеме и позволяет моделировать более реалистичные условия тестирования.

Функции защиты и безопасности

Источники АКИП-TOELLNER серий 1106/1106А имеют функции контроля и безопасности работы:

• OVP - защита от перенапряжения (регулируемая от 0 В до ±1,02хVуст).
• OCP– защита от перегрузки по току (регулируемая от 0 A до ±1,02хIуст.
• OTP – защита от перегрева (переключатель с термоконтролем).

При срабатывании защиты выходные цепи размыкаются при помощи силового реле. Имеется возможность установить предельные значения выходного напряжения и тока (+Ulim, +I lim) раздельно для режимов CV и CC, как для положительной, так и для отрицательной области – т.е. во всех 4-х квадрантах ВАХ. Причем, в отличие от режима OVP и OCP (рис.6-слева), при достижении предела Ulim выход источника питания не будет отключен (рис.6 - справа).

Рисунок 6. Выходные диаграммы режимов OVP/ OVL (отличия в функционировании)

Среди пользовательских удобств: оптимальное расположение органов управления, дополнительные выходные гнезд на задней панели, возможность подключения внешних приборов для мониторинга формы сигналов, TTL-синхронизация с другим оборудованием.

Назначение

АКИП-1106/-1106А будут идеальным решением в тех случаях, где необходима высокая точность, малые собственные шумы и расширенная функциональность. Они объединяют высокие технические характеристики с инновационными возможностями, далеко выходящими за пределы обычных  источников питания постоянного тока. Новые источники предоставляют уникальные возможности в области IT-тестирования, электросвязи и промышленности, при интеграции в автоматические испытательные системы, для заряда и моделирования аккумуляторных батарей гибридных автомобилей, и изучения электрических процессов солнечных батарей и фотоэлектрических установок. Эти возможности включают высокую удельную мощность, прецизионную обратную связь по выходному напряжению или току, выходные сигналы запуска.

Способность  формировать сложные сигналы помех постоянного тока делает АКИП-1106, АКИП-1106А идеальным выбором для испытаний бортового оборудования летательных аппаратов, инверторов, и других устройств, на которые будут воздействовать прерывания напряжения. Область применения включает в себя испытания преобразователей постоянного тока и инверторов, моделирование пуска электродвигателей, автоматический заряд батарей, ресурсные испытания электронных изделий и т.д.

Таблица 1. Серия АКИП-1106
Модель	Мощность*	Напряжение	Ток	Диапазон частот  **
АКИП-1106-10-15	150 Вт	±10 В	±15 A	0 - 100 кГц
АКИП-1106-20-7,5	150 Вт	±20 В	± 7,5 A	0 - 100 кГц
АКИП-1106-40-4	160 Вт	± 40 В	± 4 A	0 - 100 кГц
АКИП-1106-60-2,5	150 Вт	± 60 В	± 2,5 A	0 - 100 кГц
*  Режим поглощения мощности (Sink/ POWER MANAGER ON)  – кроме модели АКИП-1106-10-15. ** Для  сигналов амплитудой менее 4 В (пик-пик)  диапазон частот до 400 кГц.

Таблица 2. Серия АКИП-1106A
Модель	Мощность	Напряжение	Ток	Диапазон частот *
АКИП-1106A-10-30	300 Вт	±10 В	±30 A	0 - 100 кГц
АКИП-1106A-20-16	320 Вт	±20 В	± 16 A	0 - 100 кГц
АКИП-1106A-40-8	320 Вт	± 40В	± 8 A	0 - 100 кГц
АКИП-1106A-60-5,3	320 Вт	± 60 В	± 5,3 A	0 - 100 кГц
АКИП-1106A-80-4	320 Вт	± 80 В	± 4 A	0 - 100 кГц
АКИП-1106A-100-3,2	320 Вт	± 100 В	± 3,2 A	0 - 100 кГц
* До 400 кГц – для сигналов  амплитудой менее 4 В (пик-пик)

Автор:  Шиганов А.А.
Дата публикации:  26.03.2013