Преимущество автоматического диапазона

Преимущество автоматического диапазона

15 Июля 2014

Мы продолжаем знакомить вас с материалами, посвященными базовым понятиям и подходам в использовании источников питания, современным решениям в этой области и уникальным функциям, помогающим решить самые сложные задачи при тестировании. В этом номере менеджер по развитию бизнеса и ведущий блога по источникам питания Keysight Technologies (Agilent Technologies) Алексей Телегин (rupower.tm.agilent.com) расскажет об источниках питания с автоматическим выбором (переключением) рабочих диапазонов.

Выходная характеристика источника питания

Выходная характеристика источника питания показывает границы области, содержащей все допустимые комбинации значений тока и напряжения для данного выхода (канала). Любая комбинация значений тока и напряжения, которая лежит внутри выходной характеристики, является допустимой рабочей точкой ИП.
Существует три основных типа выходных характеристик источников питания: прямоугольная выходная характеристика обычных ИП, выходная характеристика многодиапазонного ИП и выходная характеристика ИП с автоматическим выбором диапазонов. Самым распространенным типом является прямоугольная выходная характеристика.

Прямоугольная выходная характеристика

График выходной характеристики обычного источника питания в координатах «ток-напряжение» имеет форму прямоугольника (рис. 1). Максимальной выходной мощности на графике соответствует одна точка, которая совпадает одновременно со значением максимального напряжения и значением максимального тока. Так, источник питания с максимальной выходной мощностью 100 Вт, максимальным напряжением 20 В и максимальным током 5 А имеет прямоугольную выходную характеристику. Величина выходного напряжения может быть установлена любой в пределах от 0 до 20 В, а величина выходного тока может принять любое значение от 0 до 5 А. Поскольку 20×А = 100 Вт, это единственная точка, которая соответствует максимальной выходной мощности и только при максимальных значениях напряжения и тока.
 
рис 1.jpg
Выходная характеристика многодиапазонного источника питания

График выходной характеристики многодиапазонного источника питания в координатах «ток-напряжение» похож на несколько прямоугольных выходных характеристик, наложенных одна на другую. В результате такой прибор имеет несколько точек максимальной выходной мощности, которым соответствует несколько комбинаций «максимальный ток-напряжение». На рис. 2 показан пример выходной характеристики источника питания с двумя диапазонами, которую иногда также называют двухдиапазонной выходной характеристикой. Источник питания с подобным типом выходной характеристики охватывает более широкий выходной диапазон по сравнению с обычным источником питания с прямоугольной выходной характеристикой. Он может обеспечить большее число комбинаций «ток-напряжение», но при этом будет дешевле, легче и компактнее, чем источник питания с более высокой выходной мощностью. Тем не менее, хотя вы можете установить величину выходного напряжения вплоть до Vмакс., а тока — до Iмакс., полученная комбинация Vмакс./Iмакс. не является допустимой рабочей точкой. Эта точка лежит за пределами рабочей характеристики и не соответствует возможностям источника питания по выходной мощности.
 
рис 2.jpg
Выходная характеристика источника питания с автоматическим выбором диапазонов

Если посмотреть на график выходной характеристики источника питания с автоматическим выбором диапазонов, то можно заметить, что он выглядит как наложение бесконечного числа прямоугольных выходных характеристик. Кривая постоянной мощности (представляет собой гиперболу V = P/I = K/I) связывает значение максимальной мощности Pмакс., соответствующей значениям тока I1 и напряжения Vмакс., с величиной максимальной мощности Pмакс., соответствующей значениям тока Iмакс. и напряжения V1 (рис. 3).
 
рис 3.jpg
Хотя источник питания с автоматическим выбором диапазонов способен генерировать максимальные значения напряжения Vмакс. и тока Iмакс., он не может вырабатывать их одновременно. Например, один из источников питания компании Agilent — N6755A, обеспечивает максимальную выходную мощность 500 Вт, напряжение 20 В и ток 50 А. Очевидно, что у этого ИП не прямоугольная выходная характеристика, так как Vмакс.×Iмакс. = 1000 Вт, что больше величины Pмакс., равной 500 Вт. Поэтому от такого прибора невозможно получить одновременно напряжение 20 В и ток нагрузки 50 А. По паспортным данным нельзя сделать определенный вывод, какой это источник питания — многодиапазонный или с автоматическим выбором диапазонов, однако даже поверхностное знакомство с технической документацией на него позволяет установить, что N6755A — это ИП с автоматическим выбором диапазонов. На рис. 4 показана его выходная характеристика.
 
рис 4.jpg
Преимущества источника питания с автоматическим выбором диапазонов

Для приложений, требующих широкого диапазона выходного напряжения и тока, но без соответственного повышения выходной мощности, источник питания с автоматическим выбором диапазонов будет оптимальным вариантом. Ниже приведены некоторые виды прикладных задач, для решения которых целесообразно использовать ИП с автоматическим выбором диапазонов:
  • Для питания тестируемого устройства необходим широкий диапазон выходного напряжения и тока с примерно одинаковым уровнем выходной мощности. Так, преобразователь постоянного напряжения с номинальным входным напряжением 24 В имеет относительно постоянную величину потребляемой мощности даже при изменении входного напряжения от 14 до 40 В. В процессе тестирования столь широкий диапазон входного напряжения порождает соответственно широкий диапазон входных токов при практически неизменной мощности.
  • Существует множество различных типов тестируемых устройств с примерно одинаковым уровнем потребляемой мощности, но разными требованиями по входному напряжению и току. Различные преобразователи постоянного напряжения, входящие в одно семейство по мощности, могут иметь номинальное входное напряжение 12, 24 или 48 В, в результате чего величина входного напряжения может составлять от 9 В (требует высоких токов нагрузки) до 72 В (с малыми токами нагрузки). Для тестирования этих устройств необходимы большие значения и напряжения, и тока, но не одновременно.
  • Изменение в известных пределах входного постоянного напряжения без соответствующего изменения входной мощности. Например, номинальное входное напряжение некоторых автомобильных принадлежностей может изменяться с 12 до 42 В, но совершенно необязательно, что при этом изменятся требования по входной мощности.
  • Необходим дополнительный запас по входному напряжению и току, особенно в случаях, когда предполагается изменение параметров тестирования, но конкретные значения пока неизвестны.