Алексей Телегин,
ведущий блога
по источникам питания
Keysight Technologies
Мы продолжаем знакомить читателей с материалами, посвященными базовым понятиям и подходам в использовании источников питания (ИП), современным решениям в данной области и уникальным функциям, помогающим выполнить самые сложные задачи, возникающие при тестировании. В этом номере ведущий раздела по системам электропитания объединенного блога Keysight Technologies в России Алексей Телегин расскажет, как избежать последствий выхода параметров тока за пограничные значения.
Одна из часто встречающихся проблем, связанных с применением ИП, состоит в том, что пользователь, ожидая, что режим ограничения тока не позволит ему превысить установленное значение, вдруг обнаруживает, что при увеличении потребления тока тестируемым устройством свыше установленного предела ток сначала выходит далеко за установленные границы. В некоторых случаях кратковременного броска тока бывает достаточно, чтобы вывести из строя чувствительное тестируемое устройство. Специалисты, имеющие опыт работы с ИП, квалифицируют это как динамическую характеристику процесса переключения режимов.
Переключение режимов представляет собой момент перехода между режимами стабилизации напряжения (CV) и стабилизации тока (CC). Динамическая характеристика процесса переключения режимов является аспектом, позволяющим различить реальные и идеальные источники питания. Большинство ИП содержит два контура управления: один — для регулирования напряжения, а другой — для контроля тока. При этом в каждый конкретный момент времени только один из них осуществляет непосредственное управление процессом, в то время как другой работает в контуре с разомкнутой цепью обратной связи. Усилитель ошибки, который включен в разомкнутый контур, находится в состоянии готовности, несмотря на то, что он заблокирован. Если в результате изменения режима нагрузки ИП вынужден осуществлять переключение режимов, то усилитель ошибки, включенный в разомкнутый контур, должен вернуться в исходное положение и получить контроль над выходным сигналом. В большинстве случаев при функционировании ИП в качестве источника напряжения, если значение нагрузки превышает установленные на источнике питания пределы тока, в течение кратких моментов времени может наблюдаться выброс тока. С другой стороны, если ИП работает в режиме источника тока, в течение короткого промежутка времени может наблюдаться выброс напряжения. Это происходит при уменьшении нагрузки, в результате чего выходное напряжение превышает установленные на источнике питания пределы.
Величина выброса зависит от многих факторов, относящихся как к ИП, так и к тестируемому устройству. Как правило, в усилители ошибок встраиваются дополнительные схемы, предохраняющие от перехода в режимы насыщения или отсечки, что позволяет данным устройствам быстро регенерировать, когда это необходимо.
Усилители проходят тщательный отбор по параметрам регенерации. Для обеспечения стабильности переходов при переключении между режимами и одновременной минимизации задержки и выбросов требуется максимальная аккуратность при проектировании. Величина выброса также зависит от того, как быстро и в каком диапазоне тестируемое устройство осуществляет переходы между режимами нагрузки.
На рис. 1 показан выброс тока при переключении режимов универсального ИП, обеспечивающего максимальное выходное напряжение 50 В и выходной ток 3 А. Источник питания настроен на подачу выходного напряжения 10 В и тока 1 А. Тестируемое устройство представляет собой электронную нагрузку, настроенную на переход в пределах 0–10 А со скоростью нарастания 0,8 А/мкс. Такая нагрузка является наиболее неблагоприятным вариантом для всех практических целей. При достижении нагрузкой максимального значения (то есть в режиме перегрузки) требуется примерно 6 мс, чтобы схема регулирования с ограничением тока взяла на себя полное управление и снизила величину тока. Во время переключения режимов вершина плато выброса тока находится на уровне 5 А, что является предельно допустимым значением выходного тока ИП. Это соответствует моменту времени, когда источник питания становится неуправляемым
Рис. 1. Переключение с режима стабилизации напряжения на режим стабилизации тока для ИП, настроенного на подачу выходного напряжения 10 В и тока 1 А
В примере на рис. 2 предельное значение выходного тока ИП уменьшено до 0,1 А, и также имеет место переключение режимов. При этом наблюдается интересное воздействие на выброс тока. В то время как пиковое значение тока не изменилось и составляет 5 А, длительность выброса тока существенно меньше и равна примерно 0,5 мс. Причина этого заключается в значительной разнице амплитуд подаваемых на вход усилителя ошибки сигналов, в результате чего сокращается время перехода. Пиковый уровень тока остается неизменным, поскольку определяется предельно допустимым значением выходного тока ИП, которое, в свою очередь, является постоянной величиной. устройство представляет собой электронную нагрузку, настроенную на переход в пределах 0–10 А со скоростью нарастания 0,8 А/мкс. Такая нагрузка является наиболее неблагоприятным вариантом для всех практических целей. При достижении нагрузкой максимального значения (то есть в режиме перегрузки) требуется примерно 6 мс, чтобы схема регулирования с ограничением тока взяла на себя полное управление и снизила величину тока. Во время переключения режимов вершина плато выброса тока находится на уровне 5 А, что является предельно допустимым значением выходного тока ИП. Это соответствует моменту времени, когда источник питания становится неуправляемым.
Рис. 2. Переключение с режима стабилизации напряжения на режим стабилизации тока для ИП, настроенного на подачу выходного напряжения 10 В и тока 0,1 А
При переключении режимов величина выброса зависит как от ИП, так и от тестируемого устройства. Источник питания, оптимизированный для подачи напряжения, при переключении режимов обычно имеет очень малую величину выброса напряжения, но в то же время, как видно из рисунка, выброс тока может быть весьма значительным. И наоборот, ИП, оптимизированный для подачи тока, при переключении режимов позволяет обеспечить очень малую величину выброса тока, но при этом имеет существенный выброс напряжения. Высокопроизводительные ИП поддерживают более высокие характеристики при переключении режимов, но, как правило, это достигается за счет дополнительных затрат.
Полезная информация, которую следует учитывать при работе:- Выброс при переключении режимов — это реальность, характерная для большинства источников питания.
- Старайтесь не превышать номинальные значения выходных параметров ИП. Помните, что во время переключения режимов пиковый уровень напряжения или тока обусловлен, главным образом, максимально допустимыми значениями напряжения и тока ИП и в меньшей степени — настройками прибора. При использовании мощного ИП с настройками, составляющими порядка 5% от его номинальной мощности, амплитуда выброса, скорее всего, окажется намного выше, чем при использовании менее мощного прибора, выходные параметры которого настроены на 50% от номинальных значений.
- Старайтесь получить максимально полное представление об особенностях тестируемого устройства, его характеристиках и типах неисправностей, которые могут привести к перегрузке, а также узнать, насколько чувствительно оно к перегрузке.
- Если тестируемое устройство чувствительно к перегрузке, в процедуру испытаний рекомендуется включить определение параметров частотной характеристики переключения режимов в реальных условиях, отражающих особенности такого устройства.
Знание того, что в работе нужно обязательно учитывать связанные с переключением режимов параметры динамической характеристики «реальных» источников питания, позволит впоследствии избежать неприятностей и разочарования.
