В статье представлен обзор лабораторного источника питания APS-71102 производства компании GW INSTEK (Тайвань). Рассмотрены конструктивные особенности, основные режимы и возможности, отличия от аналогов и сферы возможного применения
Шиганов А.А. ЗАО «ПриСТ»
Общие сведения
APS-71102 (рис.1) - источник питания принципиально нового типа – универсальный прецизионный программируемый источник постоянного и однофазного переменного напряжения, с регулируемой частотой в диапазоне от 1 Гц до 550 Гц. Источник питания APS-71102, как следует из названия, способен формировать переменное напряжение (до 270 В скз, 1000 ВА), и постоянное напряжение (до 380 В, 1000 Вт). Кроме того APS-71102 является анализатором нагрузок. Источник питания APS-71102 измеряет следующие параметры: напряжение (RMS, average DC, peak), силу тока (RMS, average DC, peak) мощность, частоту напряжения, коэффициент мощности (Pf), пик фактор (Сf) и гармонические составляющие тока основной частоты 50/60 Гц (до 40-й включительно). Такие обширные измерительные функции позволяют контролировать одновременно параметры выходного сигнала источника (рис.2) и состояние подключенной нагрузки (статус) в реальном масштабе времени.
Новинка обладает широкими пределами установки выходных параметров (напряжение, частота, начальная фаза), имеет возможность выполнения последовательных операций (пошаговый профиль Uвых). Дополнительные возможности дает разъем «Monitor», который предназначен для подключения внешних СИ (измерения, визуализация). Вход «Ext Sinc» на задней панели предназначен для внешней синхронизации выходного напряжения по сигналу уровня ТТЛ. Подробные технические характеристики и спецификации приведены в таблице 2.
Формы выходного напряжения: синусоидальная, прямоугольная (меандр) и произвольная форма «ARB» (СПФ). Программирование источника осуществляется вручную органами управления передней панели или с помощью стандартных команд ДУ, в том числе управление выходом источника (включение и выключение Uвых).
Напряжение Uвых выдается на гнезда мультиштепсельной розетки, встроенной в переднюю панель. Для энергоемких нагрузок на задней панели предусмотрена выходная колодка клемм подключения с винтовым соединением. Все измеренные параметры и настройки при регулировке одновременно отображаются на высококонтрастном ЖК экране (рис.2) с подсветкой диагональю 14.5 см.
Рисунок 1. Источник питания APS-71102
Рисунок 2. Экран «Меню параметров» в режиме AC-INT
Сфера применения
Наиболее всего источник питания APS-71102 подходит для лабораторных испытаний источников питания, электрооборудования, электронных зарядных устройств и тестирования модулей РЭА.
Достоинством источника APS-71102 является способность работы на реактивную емкостную нагрузку, обеспечивая питание подключенного устройства пиковым током в 4 раза больше значения номинального потребляемого с.к.з тока (с пик-фактором Cf=4).
Источник оснащен функцией детектирования и измерения пускового тока (Inrushcurrent). Это явление представляет собой процесс кратковременного (50…100 мс) значительного нарастания тока потребления (бросок), возникающий при включении нагрузки вследствие наличия таких реактивных элементов в цепях нагрузки, как конденсаторы, выпрямительные мосты и т.п.
Режим формирования выходного напряжения произвольной формы в APS-71102 реализован за счет встроенного задающего генератора (блок <2> - на рис. 3). Это позволяет формировать достаточно сложные формы выходного напряжения: прерывание, перенапряжение, провал, отклонение частоты, свипирование с заданной крутизной (нарастание или спад), изменение коэф. амплитуды.
Кликните для увеличения
Рисунок 3. Блок схема источника
Режимы
В каждом их 2-х режимов (AC; DC) возможен выбор одного из четырех способов подачи сигнала управления: внутренний/internal (INT), внешний/external (EXT), внутренний+внешний (сложение)/internal+external (ADD) и внешняя синхронизация/synchronization (SYNC). Таким образом, источник питания имеет возможность работы в 8 различных функциональных состояниях при формировании Uвых.
Наиболее интересными и востребованными режимами являются усиление входного сигнала и синхронная генерация. В первом случае источник может быть использован в качестве усилителя мощности для формирования увеличенного выходного напряжения. Для этого следует выбрать режим работы: AC-EXT (перем.) или DC+AC-EXT (пост.) и подать внешний управляющий сигнал на вход EXT SIG IN. При этом Uвых формируется в режиме «повторитель-умножитель» (усиление входного напряжения): источник выдает напряжение, полностью совпадающее с формой входного сигнала. В этом режиме минимальный входной уровень составляет 0,1 В, усиление задается пользователем в пределах 0…200 раз для фиксированного поддиапазона напряжения «100 В» и в пределах 0..400 раз для поддиапазона «200 В».
В случае подачи внешнего сигнала на вход EXT SYNC IN происходит формирование Uвых в режиме «синхронная генерация»: генерация Uвых синхронного с внешним сигналом. При этом источник выдает напряжение, полностью совпадающее с частотой входного тактового сигнала уровня ТТЛ, которая может находиться в диапазоне значений 40 …500 Гц.
Дистанционное управление и программирование
Дистанционное управление и программирование осуществляется через USB-интерфейс. Программное обеспечение, водящее в комплект поставки, обеспечивает следующие функции:
- настройку источника питания,
- редактирование и исполнение последовательных профилей Uвых (режим Sequence),
- редактирование и передача произвольных форм сигнала (режим Arbitrary waveform),
- регистрация измеренных выходных данных (Data Logger).
Кроме того, источник напряжения APS-71102 может программироваться и с лицевой панели управления. APS-71102 поддерживает функцию программирования последовательности шагов настройки для формирования тестовых профилей выходного напряжения (Sequence Operation) в режимах: постоянное напряжение (DC), переменное синусоидальное напряжение (АС). Кроме того, при формировании последовательности Uвых в качестве сегментов сигнала могут использоваться 16 напряжений произвольной формы (ARB1 … ARB16) передаваемых от ПК через USB интерфейс (USBTMC). Для хранения произвольных форм напряжения имеется 16 ячеек внутренней памяти источника, с максимальной длинной формы выходного сигнала до 4000 точек. В ряде источников подобного типа других производителей такой режим предлагается лишь в качестве опции.
Внутренняя память обеспечивает запись/воспроизведение до 30 профилей. При редактировании профиля в меню доступно создание 255 последовательных шагов, в каждом из которых возможен выбор параметров напряжения: форма сигнала, уровень (Вольт) и длительность (с), а также закона динамики измерения напряжения: качание (нарастание или спад), новое значение Uвых (постоянное), поддержание («полочка») – указанные на рис. 4.
Под термином «Шаг» понимается любое завершенное действие с Uвых: изменение формы, уровня, частоты, крутизны и т.п. (мин. единица построения последовательности). Параметры выполнения шага и параметры смены шагов определяются индивидуально для каждого очередного шага. Даже когда выполнение последовательности не производится (т.е. во время обычного режима выдачи неизменного Uвых), эти параметры определяются таким же образом. Обычный (нормальный) режим источника может рассматриваться как «однократный шаг выходного напряжения без ограничения времени». Параметры выполнения шага определяют Uвых и связанные с ним действия в каждом из шагов профиля. Под термином «Sequence/Последовательность» понимается совокупность 2-х и более шагов.
В каждом шаге могут быть установлены: форма напряжения, уровень (Вольт) и продолжительность, а также задается закон измерения параметра (constant/ keep/ sweep). Кроме того, каждая из последовательностей шагов может быть повторена от 1 до 999 раз или воспроизводится непрерывно (режим «по кольцу»).
Рисунок 4. Пример выполнения шагов профиля
Источник APS-71102 имеет функцию быстрого перехода к различным шагам во время отработки последовательности. Все данные о шаге последовательности (время старта/ остановки качания или поддержании напряжения) сохраняются в памяти и могут быть запрограммированы пользователем на автоматическое воспроизведение в произвольном порядке (на рис.5 – точки <1>, <2>, <3>).
Рисунок 5. Профиль выходного напряжения (шаг 1 … шаг 6)
Функция «Sequence/Последовательность» может быть очень полезной, если на выходе надо сформировать последовательность изменения напряжений, например, для тестирования бортовой автомобильной сети или бытовой электроники. При этом Uвых будет меняться согласно запрограммированной последовательности, и тестирование может быть завершено за один цикл последовательных шагов.
Данные о настройке последовательности сохраняются в памяти автоматически. Эти функции и способы редактирования последовательности могут использоваться в режимах работы источника AC-INT (перем./внутр. ист.) или AC+DC-INT (пост./внутр. ист.).
Контрольные параметры и данные в настройке профиля Uвых:
- №-последовательностей: Сохраняются номера для каждого режима операции (AC/AC+DC) и для каждого диапазона выходного напряжения (100 V/ 200 V).
- №-шагов: 1… 255 (номера шагов в последовательности)
- Время шага: 0.1 мс… 1000 с (разрешение 0.1 мс)
- Операции (в пределах шага): постоянное, поддержание («полочка») или качание
- Параметр: напряжение Uвых (DC/AC), частота, форма волны, фаза (начало/конец), шаг синхронизации выхода (2 бита)
- Число повторов (Jump): 1…999 раз (или непрерывно)
- Операции функционирования:
- Start/ Старт: запускает последовательность.
- Stop/ Стоп: останавливает последовательность.
- Hold/ Удержание: поддерживает текущие параметры настройки. Эта операция игнорируется, если начато выполнение последовательности (старт).
- Branch/ Ветвь: переход к указанному шагу.
В режиме управления внутренним сигналом для формирования Uвых (AC/DC- INT) или объединения сигналов «внутр.+ внеш.» (AC/DC - ADD) пользователь при необходимости может запрограммировать допусковые ограничения для напряжения, частоты и тока, из диапазона значений указанных в таблице:
Таблица №1
|
Параметр (настройка) |
Диапазон |
Разрешение |
|
|
Верхний предел напряжения |
шкала «100 В» |
+5 В… +200 В |
0.1 В |
|
шкала «200 В» |
+10 В… +400 В |
||
|
Нижний предел напряжения |
шкала «100 В» |
–200 В… –5 В |
|
|
шкала «200 В» |
–400 В…–10 В |
||
|
Пиковое значение тока |
шкала «100 В» |
+10 А… +42 А |
0.1 А |
|
шкала «200 В» |
+5 А… +21 А |
||
|
Пиковое значение тока |
шкала «100 В» |
–42 А… –10 А |
|
|
шкала «200 В» |
–21 А…–5 А |
||
|
С.к.з. тока |
шкала «100 В» |
1 А… 10.5 А |
|
|
шкала «200 В» |
1 А…5.3 А |
||
|
Верхний предел установки частоты |
1 Гц…550 Гц |
0.1 Гц |
|
|
Нижний предел установки частоты |
1 Гц…550 Гц |
||
Наличие интерфейса внешнего управления позволяет интегрировать источник APS-71102 в автоматизированные системы измерения, в том числе реализующие функции допускового контроля. Колодка подключения «Ввод/Вывод» с 25 соединительными контактами (D-тип) выполнена на задней панели. Дополнительно к штатному гнезду USB предлагается интерфейс GPIB (опция КОП).
В комплект поставки входит навесной фильтр для USB кабеля в форме ферритового бочонка, используемый для подавления высокочастотных помех в электрических цепях интерфейса. Поскольку через "бочонок" проходят оба тока – в сигнальном и "земляном" проводнике USB кабеля, то такая конструкция работает как фильтр синфазной составляющей шума. Ферритовый бочонок - это один из самых простых и дешевых типов интерференционных фильтров для установки на провод в виде разборной конструкции на защелках.
Источник APS-71102 при выходной мощности 1 кВт и массе всего 9.5 кг, представляет собой многофункциональный прибор для обеспечения электропитания, полноценной проверки и тестирования выходных характеристик электрооборудования. Все измерительные ресурсы, указанные в таблице №1 сосредоточены в сравнительно небольшом и достаточно компактном устройстве.
