Aps-71102 — новый программируемый источник постоянного и  переменного напряжения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Алексей ШИГАНОВ

info@prist.ru

APS-71102 —

новый программируемый источник постоянного и переменного напряжения

В статье представлен обзор нового лабораторного источника питания АРБ-71102 производства компании GW ШБТЕК (Тайвань). Рассмотрены конструктивные особенности, основные режимы и возможности, отличия от аналогов, а также сферы возможного применения.

Общие сведения

APS-71102 (рис. 1) — источник питания принципиально нового типа. Это универсальный прецизионный программируемый источник постоянного и однофазного переменного напряжения, с регулируемой частотой в диапазоне от 1 до 550 Гц. Источник питания APS-71102, как следует из названия, способен формировать переменное напряжение (до 270 В СКЗ (среднеквадратичное значение), 1000 ВА) и постоянное напряжение (до 380 В, 1000 Вт). Кроме того, APS-71102 является анализатором нагрузок. Он измеряет следующие параметры: напряжение (RMS, средняя величина DC, пик), силу тока (RMS, средняя величина DC, пик) мощность, частоту напряжения, коэффициент мощности (PF), пик-фактор (CF) и гармонические составляющие тока основной частоты 50/60 Гц (до 40-й гармоники включительно). Такие обширные измерительные функции позво-

ляют контролировать одновременно параметры выходного сигнала источника (рис. 2) и состояние подключенной нагрузки (статус) в реальном масштабе времени.

Выходные параметры нового устройства (напряжение, частота, начальная фаза) имеют широкие пределы установки. У APS-71102 есть возможность выполнения последовательных операций (пошаговый профиль ивых). 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 с помощью органов управления передней

Рис. 2. Экран «Меню параметров» в режиме AC-INT

панели или стандартных команд ДУ, в том числе управление выходом источника (включение и выключение ивых).

Напряжение ивых 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, диагональ экрана — 14,5 см.

Сфера применения

Наиболее всего 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, он обеспечивает питание подключенного устройства пиковым током, значение которого в 4 раза больше значения номинального потребляемого СКЗ тока (с пик-фактором CF = 4).

Источник оснащен функцией детектирования и измерения пускового тока (Inrush

Рис. 3. Блок-схема источника

current). 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 коэффициента амплитуды.

Режимы

В каждом их двух режимов (AC; DC) возможен выбор одного из четырех способов подачи сигнала управления: внутренний/internal (INT), внешний/external (EXT), внутренний + внешний (сложение)/^ета1 + external (ADD) и внешняя синхронизация/synchronization (SYNC). Таким образом, источник питания имеет возможность работы в 8 различных функциональных состояниях при формировании ивых.

Наиболее интересны и востребованы такие режимы, как 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 (переменный) или DC+AC-EXT (постоянный) и подать внешний управляю-

щий сигнал на вход EXT SIG IN. При этом ивых 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 ивых в режиме «синхронная генерация»: генерация ивых, 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, входящее в комплект поставки, обеспечивает следующие функции:

• настройку источника питания;

• редактирование и исполнение последовательных профилей ивых (режим Sequence);

• редактирование и передачу произвольных форм сигнала (режим Arbitrary Waveform);

• регистрацию измеренных выходных данных (Data Logger).

Кроме того, источник напряжения APS-71102 можно программировать 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) и переменное синусоидальное напряжение (АС). При формировании последовательности ивых 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 длиной 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 — формы сигнала, уровня (В) и длительности (с), а также закона динамики измерения напряжения: качание (нарастание или спад), новое значение ивых (постоянное), поддержание («полочка»), указанные на рис. 4.

Под термином «Шаг» понимается любое завершенное действие с ивых: изменение формы, уровня, частоты, крутизны и т. п. (минимальная единица построения последовательности). Параметры выполнения шага и параметры смены шагов определяются индивидуально для каждого очередного шага. Даже когда выполнение последовательности не производится (то есть во время обычного режима выдачи неизменного ивых), эти

Таблица 1. Параметры для программирования допусковых ограничений

Рис. 4. Пример выполнения шагов профиля

Параметр (настройка) Диапазон Разрешение

Верхний предел шкала «100 В» +5-200 В

напряжения шкала «200 В» +10-400 В 0,1 В

Нижний предел шкала «100 В» -(200-5) В

напряжения шкала «200 В» -(400-10) В

Пиковое шкала «100 В» +10-42 А

значение тока шкала «200 В» +5-21 А

Пиковое шкала «100 В» -(42-10) А 0,1 А

значение тока шкала «200 В» -(21-5) А

СКЗ тока шкала «100 В» 1-10,5 А

шкала «200 В» 1-5,3 А

Верхний предел установки частоты 1-550 Гц 0,1 Гц

Нижний предел установки частоты 1-550 Гц

параметры определяются таким же образом. Обычный (нормальный) режим источника может рассматриваться как «однократный шаг выходного напряжения без ограничения времени». Параметры выполнения шага определяют ивых и связанные с ним действия в каждом из шагов профиля. Под термином «SequenceЩоследовательность» понимается совокупность двух и более шагов.

В каждом шаге могут быть установлены: форма напряжения, уровень (В) 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»).

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>).

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 ивых 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 ре-

жимах работы источника АС-ЮТ (переменный/внутренний источник) или AC+DC-INT (постоянный/внутренний источник).

Контрольные параметры и данные в настройке профиля ивых:

• № последовательностей: сохраняются номера для каждого режима операции (AC/AC+DC) и для каждого диапазона выходного напряжения (100/200 В).

Таблица 2. Основные характеристики APS-71102

Характеристики Параметры Значения

Режим «Формирование ивых» |

Диапазон напряжений, В СКЗ Шкала «100 В» Шкала «200 В»

0,1-135 0,1-270

Разрешение, В 0,1 0,1

Погрешность установки, % ±0,5 ±0,5

Пределы выходных токов, А СКЗ 10 5

Режим Диапазон частот (0, Гц 1,0-550,0 Гц (INT — внутренний источник)

переменного напряжения, В АС Разрешение, Гц 0,1

Погрешность установки ^ % ±0,01

КНИ, % < 0,5

Неравномерность амплитуды ±0,5 дБ (до 100 Гц); ±2 дБ (100-550 Гц)

Нестабильность ивых <0,5% (при изменении тока нагрузки 0-100%) <0,2% (при изменении напряжения питания)

Максимальная вых. мощность 1000 ВА

Диапазон напряжений, В Шкала «100 В» Шкала «200 В» 1

0,1...±190 0 со +1 0,

Режим постоянного напряжения, В DC Разрешение, В 0,1 0,1

Погрешность установки, % ±0,5 ±0,

Максимальный ток 10 А 5 А

Максимальная вых. мощность 1000 Вт I

Максимальный Пиковое значение тока, Апик Шкала «100 В» Шкала «200 В»

выходной ток 40 20

Выходное Переход к шагу 2 Переход к шагу 6, с внешнего Шаг 5

напряжение (Увых) «поддержание» синхронизирующего входа установленное значение

Рис. 5. Профиль выходного напряжения (шаг 1 — шаг 6)

Таблица 2. Основные характеристики APS-71102 (продолжение)

Характеристики Параметры Значения

Режим «Измерение параметров ивых»

Выходная частота (частотомер) Диапазон измерений, Гц 1-550

Разрешение 0,1 Гц

Погрешность измерения ±0,01%

Переменное и постоянное выходное напряжение, В Предел измерения, В СКЗ Шкала «100 В» Шкала «200 В»

225 450

Разрешение, В СКЗ 0,1

Погрешность измерения ±0,5%

Переменный и постоянный выходной ток, А Предел измерения, А 15

Разрешение, А 0,01

Погрешность измерения, % ±1,0

Выходная мощность, Вт-А Пределы измерений 1200 Вт / 1400 ВА / 1400 ВАР

Разрешение 1 Вт / 1 ВА / 1 ВАР

Погрешность измерения, % ±2%

Измеритель коэффициента мощности (PF) Диапазон измерений 0,00-1,00

Разрешение 0,01

Измеритель пик-фактора нагрузки (CF) Диапазон измерений 0,00-50,00

Разрешение 0,01

Измеритель гармоник тока Макс. число гармоник До 40-й включительно

Предел измерения 15 А (полная шкала за 100%)

Разрешение 0,01 А (0,1%)

Погрешность измерения ±1,0% (до 20-й гармоники); ±1,5% (21—40-я гармоника)

Фаза при включенном выходе Диапазон измерений, ° 0,0-359,9

Разрешение, ° 0,1

Измеритель частоты внешней синхронизации (EX. SYNC) Диапазон измерений, Гц 38—525

Разрешение, Гц 0,1

Погрешность измерения, Гц ±0,2

• № шагов: 1-255 (номера шагов в последовательности).

• Время шага: от 0,1 мс до 1000 с (разрешение 0,1 мс).

• Операции (в пределах шага): постоянное, поддержание («полочка») или качание.

• Параметр: напряжение ивых (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.

Таблица 2. Основные характеристики APS-71102 (окончание)

Характеристики Параметры Значения

Режим «Последовательность» (Sequence) |

Редактирование ивых Длина профиля До 255 шагов

Длительность шага 0,1 мс - 1000 с

Состояния шага Новое значение, поддержание, качание (нараст./спад)

Число переходов (скачков) 1-999 или непрерывное воспроизведение

Задаваемые параметры DC/AC (тип); частота; форма; вид синхронизации

Программирование СПФ 16 ячеек (Arb1 —Arb16 — при помощи внешнего ПК)

Длина СПФ 4096

Разрядность ЦАП, бит 15

Общие данные Память 30 профилей

Напряжение питания, В 180-250 ±10% (50/60 Гц)

Интерфейс USB (опция — GPIB)

Габаритные размеры, мм 258x176x440

Масса, кг 9,5

В режиме управления внутренним сигналом для формирования ивых (АСЮС-ЮТ) или объединения сигналов «внутренний + внешний» (AC/DC-ADD) пользователь при необходимости может запрограммировать допусковые ограничения для напряжения, частоты и тока, из диапазона значений, указанных в таблице 1.

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 ф-тип) находится на задней панели. Дополнительно к штатному гнезду ШВ предлагается интерфейс GPIB (опция КОП).

В комплект поставки входит навесной фильтр для ШВ-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 ШВ-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 2, сосредоточены в сравнительно небольшом и достаточно компактном устройстве. ■