Comprensión de los factores que determinan la precisión de una fuente de alimentación de CC programable en un circuito

La precisión de la medición es una especificación esencial para todos los sistemas de prueba de fabricación. La especificación de precisión es una función de todos los instrumentos del sistema y del diseño del sistema, incluida la selección y configuración del cableado. La determinación de la precisión del sistema de prueba debe incluir la precisión de cualquier fuente de alimentación de CC programable en el sistema de prueba. Entonces, ¿qué define la precisión de la fuente de alimentación programable? Este blog presentará las especificaciones del instrumento y las configuraciones de cableado que afectan la precisión de la fuente de alimentación programable de CC, en particular:

• Términos de precisión a considerar
• Importancia de la teledetección
• Sugerencias para cablear el suministro a la carga.

Especificaciones y términos de precisión de la fuente de alimentación de CC programable

Comencemos revisando las múltiples especificaciones de los instrumentos que le permiten evaluar la precisión de salida de una fuente de alimentación. Estas especificaciones son:

• Precisión de la pantalla – Esta especificación suele ser el principal factor que contribuye a la precisión del instrumento. Este parámetro es esencialmente el presupuesto de error para todos los componentes en las rutas de salida y retroalimentación de la fuente de alimentación. La precisión de la pantalla se expresa como un % de la escala completa o un % del ajuste de voltaje de salida.
• Regulación de carga – La regulación de carga define cómo cae el voltaje de salida a medida que disminuye la resistencia de la carga y se requiere más corriente para un valor de voltaje fijo. Un mayor consumo de corriente aumenta la caída de voltaje en la ruta de salida del circuito de alimentación. La cantidad de regulación de carga se expresa como una función del voltaje de escala completa o del voltaje de salida programado.
• Estabilizar – la deriva durante un intervalo de tiempo específico determina la estabilidad. Ese intervalo de tiempo puede ser una jornada de trabajo de 8 horas. Los fabricantes pueden definir la estabilidad como un porcentaje del voltaje de escala completa. No todos los fabricantes definen este parámetro.
• ruido – La variabilidad en la salida se debe al ruido generado en los componentes electrónicos. Los fabricantes definirán el ruido como ondulación, ondulación y ruido, o simplemente como ruido. El ruido es una variación aleatoria del voltaje dentro de todos los circuitos electrónicos. La ondulación es la variación periódica en el voltaje de salida debido a una rectificación imperfecta del voltaje de entrada de CA. La especificación puede incluir un valor rms, un valor pico o ambos.

Si miramos el ficha técnica para un modelo EA Elektro-Automatik (EA) EA-PSI 10000 Fuente de alimentación CC programable 3U, la fuente de alimentación PSI 10200-70 200 V, 70 A, 5000 W tiene los siguientes parámetros de precisión:

• Precisión de visualización: ≤ 0.05 % del voltaje de escala completa
• Regulación de carga: ≤ 0.05 % del voltaje de escala completa
• Estabilidad: ≤ 0.02 % del voltaje de escala completa
• Ondulación (rms) ≤ 40 mV

Utilizando el peor de los casos en el que los términos de precisión son aditivos, la precisión de salida del PSI 10200-70 es: (0.05 % + 0.05 % + 0.02 %) · 200 V + 40 mV = 0.12 % · 200 V + 40 mV = 240 mV + 40 mV = 280 mV

Por tanto, el error máximo total para una salida de 24 VCC es 0.28 V/24 V · 100 % = 1%. El % de error total disminuye para salidas más altas, alcanzando un mínimo de 0.1 % a una salida de 200 V. El error es pequeño, pero es necesario incluir todos los parámetros para evaluar el error potencial total de la fuente de alimentación.

Las hojas de datos están disponibles para todos los productos de EA en el sitio web. Puede encontrar la hoja de datos de EA-PSI 10000 3U esta página.

Teledetección

La precisión de la medición por sí sola no determina qué tan bien se desempeña una fuente de alimentación de CC programable en un sistema de prueba. Una consideración importante es qué tan bien la fuente de alimentación mantiene la tolerancia de voltaje requerida en la carga. El voltaje aplicado a la carga se ve afectado por la configuración de la fuente de alimentación y el cableado de la carga. La mejor manera de garantizar que el voltaje en la carga sea el deseado requiere el uso de sensores remotos. Teledetección Compensa la caída de voltaje en los cables de prueba debido a la resistencia de los cables de prueba.

Usar solo los dos terminales Source Out de la fuente de alimentación para conectarse a la carga se conoce como detección local. Con detección local, el voltaje en la carga es:

V_Carga V =_{Salida de suministro} – 2·V_Lidera
     V =_{Salida de suministro} – 2 · yo_carga R_Lidera

No importa qué tan buena sea la precisión de la fuente de alimentación, el voltaje aplicado a la carga no tendrá la precisión deseada. La precisión de la fuente de alimentación se define en sus terminales Source Out, pero su principal preocupación es la precisión del voltaje en la carga. Este error puede ser significativo si_Carga es grande y V_Lidera = yo_carga R_Lidera reduce el voltaje a través de la carga.

Como se muestra en la Figura 1, la detección remota utiliza dos terminales de detección para medir el voltaje en la carga y devuelve este voltaje al circuito de control de la fuente de alimentación. El circuito de detección de voltaje de carga tiene una alta impedancia de entrada, por lo que extrae una cantidad insignificante de corriente de la carga. El circuito de control/amplificador de potencia ajusta V_{Salida de suministro} para que el voltaje en la carga se mantenga como el voltaje de salida programado. Efectivamente, V._{Salida de suministro} es mayor que el voltaje de salida programado por la caída de voltaje a través de los cables de prueba, 2 · I_carga R_Lidera.

Figura 1. Fuente de alimentación de CC con detección remota para garantizar que el voltaje en la carga sea el voltaje de salida programado

Métodos de cableado

Si bien el uso de la detección remota compensa la caída de voltaje en los cables de prueba y el voltaje reducido resultante en la carga, existen limitaciones en la magnitud de la caída de voltaje en los cables de prueba para las cuales la fuente de alimentación puede mantener su precisión. Para la familia de fuentes de alimentación PSI 10200-70 y EA-PSI 10000, la caída de tensión total máxima en los cables debe ser inferior al 5 % de la tensión de salida nominal.

Si el voltaje de salida del suministro es de 24 VCC, entonces la caída de voltaje máxima en los cables conductores no debe exceder los 1.2 V. Por lo tanto, mantenga los cables de prueba lo más cortos posible y seleccione un tamaño de cable que cumpla con los estándares de seguridad y minimice la caída de voltaje. el alambre. Seguir esas sugerencias garantizará que la fuente de alimentación pueda generar la carga con precisión.

Minimizar el ruido y la inestabilidad del circuito debido a la detección remota puede ser una tarea más desafiante. Es posible que los ingenieros de pruebas tengan que probar configuraciones de cableado alternativas según las características capacitivas e inductivas de los cables de prueba y la carga.

Un ejemplo de ello es mantener separados los cables de fuente y los cables de detección para una carga principalmente resistiva. Utilice cable trenzado para los cables de detección para minimizar el área del bucle de modo que un campo magnético externo, como un motor, no pueda inducir un voltaje en los cables. Consulte la Figura 2 a continuación.

Recuerde que un voltaje inducido por un campo magnético es V = ∫B∙dA

Dado que la impedancia de entrada del circuito de detección de voltaje de carga es alta, pequeñas cantidades de ruido eléctrico externo en la entrada de detección podrían crear un voltaje de error. Utilice un cable de par trenzado blindado para eliminar los efectos de fuentes eléctricas de interferencia.

Figura 2. Una opción para cablear los cables de detección remota utiliza un cable de par trenzado blindado.

Supongamos que una carga tiene una impedancia de entrada más compleja. En ese caso, es posible que se requiera un esquema de cableado alternativo para eliminar la posibilidad de que la oscilación comience en el circuito de detección y se propague hacia la salida de la fuente.

Recuerde que un cable de prueba, como un cable coaxial, es una red RLC distribuida. Aunque estamos hablando de fuentes de alimentación de CC programables, el circuito de suministro-carga es una red de impedancia compleja. Los cambios escalonados en los voltajes del programa y el ruido externo pueden inducir oscilaciones en las líneas eléctricas de CC.

Colocar cada cable de detección adyacente a su cable fuente correspondiente puede eliminar la posibilidad de una condición de oscilación. En algunos casos, agregar capacitancia a través de la carga ayuda a eliminar la oscilación.

Es posible que tenga que experimentar con la configuración de detección remota que garantice la mayor estabilidad para su circuito de carga y fuente de alimentación específico.

Resumen: Evalúe todos los factores que afectan la precisión en un circuito de carga de fuente de alimentación

Tanto las especificaciones de la fuente de alimentación programable de CC como la configuración del cableado de la fuente en el circuito afectan la precisión de la entrega de un voltaje de carga en un circuito de carga de fuente de alimentación. Con estos recordatorios, los EE pueden obtener la mayor precisión de su fuente de alimentación. EA Elektro-Automatik puede ayudar tanto con la selección de la fuente de alimentación de CC como con la realización de conexiones óptimas a las cargas. Póngase en contacto con EA en ventas@elektroautomatik.com.