Управляемый напряжением точный генератор втекающего тока для проверки источников питания

Texas Instruments OPA277 IRF530

Журнал РАДИОЛОЦМАН, март 2015

Luca Bruno

EDN

Светодиодные драйверы MEAN WELL для систем внутреннего освещения

Поиск причин возникновения потенциальных проблем источников питания производится с помощью динамических и статических тестов. Предлагаемый простой генератор втекающего тока предназначен для тестирования источников питания малой и средней мощности и источников напряжения. В таких приложениях генератор может отдавать ток от 0 до 1.5 А в диапазоне входных напряжений от 0 до 5 В при напряжении питания до 20 В. Основным элементом схемы является прецизионный операционный усилитель OPA277 (IC1) компании Texas Instruments [1], имеющий максимальное напряжение смещения всего 100 мкВ, входной ток 4 мкА и малый дрейф в диапазоне температур от –40 до +85 °C (Рисунок 1). Операционный усилитель IC1 сравнивает напряжение на своем неинвертирующем входе с падением напряжения на токоизмерительном резисторе RSENSE.

 

Управляемый напряжением точный генератор втекающего тока для проверки источников питания
Рисунок 1. Этот простой генератор втекающего тока позволит вам проверять характеристики
источников питания, как в статическом, так и в динамическом режиме.

Выход микросхемы IC1 управляет мощным N-канальным MOSFET Q1 [2] таким образом, чтобы поддерживать падение напряжения на токоизмерительном резисторе равным напряжению на неинвертирующем входе. Напряжение на RSENSE пропорционально току нагрузки, текущему из исследуемого источника питания, и не зависит от его напряжения.

Транзистор Q1 имеет следующие основные предельные характеристики:

  • максимальный ток стока: 14 А при температуре корпуса 25 °C;
  • максимальное напряжение сток-исток: 100 В;
  • максимальное сопротивление открытого канала: 0.16 В при напряжении затвор-исток 10 В и токе стока 7 А;

MOSFET может рассеивать конечное количество тепла – до 30 Вт при использовании радиатора с тепловым сопротивлением 1 °C/Вт или менее при неподвижном воздухе и температуре окружающей среды не более 40 °C. Поскольку максимальная мощность зависит от теплового сопротивления радиатора и температуры воздуха, при увеличении напряжения питания следует соответственно уменьшать ток нагрузки. При импульсном характере входного напряжения напряжение питания можно повысить в десятки раз, поскольку средняя мощность рассеивания намного меньше и зависит от средней нагрузки.

Точный резистивный делитель R1, R2 позволяет вам привести диапазон напряжений 0 … 5 В на входе схемы к диапазону 0 … 0.495 В на неинвертирующем входе IC1, которому будет соответствовать диапазон выходных токов 0 … 1.5 А. При указанных на схеме сопротивлениях резисторов R1 и R2 входное сопротивление устройства равно 100 кОм. Этого вполне достаточно для использования большинства функциональных генераторов, имеющих выходной импеданс 50 или 75 Ом, и позволяет подключать генератор напрямую, без использования буферного операционного усилителя.

Из анализа схемы вытекает следующее соотношение:

ILOAD = GVIN,

в котором

где

G – проводимость,
α – коэффициент ослабления:

Коэффициент ослабления входного делителя напряжения можно изменить, чтобы, подняв верхнюю границу выходного тока до нескольких ампер, получить возможность тестирования низковольтных источников питания с большими выходными токами.

Конденсаторы C3, C4 и резисторы R3, R4 обеспечивают устойчивость петли обратной связи, устанавливая время нарастания равным 1.4 мкс при скачке входного напряжения от 0 до 5 В. Таким образом, вы можете проверять источники питания либо в статических условиях, подавая на вход постоянное напряжение, либо в динамике, подключив к входу, например, источник импульсов для имитации быстрых изменений нагрузки. Низкие сопротивления открытого канала транзистора Q1 и токоизмерительного резистора RSENSE позволяют вам испытывать источники питания или источники напряжения с минимальным выходным напряжением вплоть до 1 В. Нижний предел выходного напряжения тестируемого источника равен

(1.5 А) × (RSENSE + RDS(ON)) = 735 мВ,

где RDS(ON) – сопротивление открытого канала Q1.

Вы может тестировать также и многоканальные источники питания, имеющие, например, выходы напряжения –5 или –12 В. В этом случае необходимо соединить «землю» источника питания с выходом генератора тока, то есть, с выводом стока, а отрицательный вывод генератора подключить к «земле» схемы. Для повышения точности результатов динамических тестов, таких как проверка нестабильности выходного напряжения по нагрузке, времени восстановления или переходных характеристик, подключать тестируемый источник к схеме надо очень внимательно, следя за тем, чтобы площадь петли тока, образуемой соединительными проводами, была минимальной. Импульсный ток нагрузки является источником электромагнитных излучений, интенсивность которых пропорциональна этой площади, величине тока и квадрату частоты тока. Эти излучения могут нарушать работу, как самой схемы, так и измерительного оборудования.

Материалы по теме

  1. Datasheet Texas Instruments OPA277.
  2. Datasheet International Rectifier IRF530.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Precision voltage-controlled current sink tests power supplies

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

51 предложений от 31 поставщиков
TEXAS INSTRUMENTS - OPA277UA - Операционный усилитель, 1 Усилитель, 1 МГц, 0.8 В/мкс, ± 2В до ± 18В, SOIC, 8 вывод(-ов)...
OPA277UA/2K5
Texas Instruments
126 ₽
AliExpress
Весь мир
1 шт./лот OPA277PA OPA277P OPA277 DIP-8 в наличии
31 ₽
Элрус
Россия
OPA277PA
Texas Instruments
от 193 ₽
TradeElectronics
Россия
OPA277AIDRMRG4
Texas Instruments
по запросу
Запись вебинара «Микросхемы для защиты цепей питания: ограничители всплесков напряжения и тока, контроллеры горячей замены, идеальные диоды»
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя