Çoğu güç kaynağı tek bir aralık sağlar, çünkü bu en basit ve en uygun maliyetli tasarımdır. Tek aralıklı bir güç kaynağı, bir voltaj ve akım değeri kullanarak maksimum çıkış gücünü sağlayabilir. Tek aralıklı bir çözüm, güç spesifikasyonu yeterli olsa bile, tasarımlarınız için yeterince yüksek akım veya voltaj sağlamayabilir.
Geleneksel yüksek güç kaynakları, araştırma ve geliştirme (Ar-Ge) çalışmaları için uygun değildir, çünkü hantal ve gürültülüdürler. Bir güç kaynağının dahili bileşenleri arasında voltaj toleransları, maksimum çıkış gücü ve bileşenlerden üretilen ısıyı dağıtan fanlar bulunur. Geleneksel güç kaynakları, daha fazla çıkış gürültüsü ürettikleri için test edilen cihaz (DUT) için de sorunlara neden olabilir.
Yüksek akım standart güç kaynakları, kablolarda voltaj düşüşlerine neden olabilir. Problar ve şönt dirençler ile harici ölçümler yapmak, devredeki gücü doğru ölçmek için gereklidir. Yüksek güçlü yarı iletkenlerinin ve büyük kapasiteli pillerin popülaritesindeki artışla birlikte, daha fazla cihazın yüksek akımlı bir güç kaynağı ile test edilmesi gerekir.
Bu blog, bir güç kaynağından daha fazla kullanılabilir güç elde etmenize yardımcı olmak için bir Ar-Ge laboratuvarında veya masanızda Keysight E36200 Serisi otomatik ayarlı masaüstü güç kaynağının nasıl kullanılacağını açıklar.
Otomatik aralık, Tek Aralık ve Çift Aralık Karşılaştırılması
Otomatik aralıklı güç kaynakları, tüm voltaj ayarlarında geleneksel tek aralıklı güç kaynaklarından daha fazla akım üretir. Şekil 1, güç kaynaklarının üç ortak çıkış mimarisine nasıl sahip olabileceğini göstermektedir. Bunlar: tek aralık, çift aralık ve otomatik aralık seçenekleridir.
Tek aralıklı bir güç kaynağı en basit mimaridir, çünkü maksimum çıkış gücü yalnızca bir ayarda gerçekleşir (maksimum voltaj ve akım). Maksimum voltaj ve akımı çizerseniz, sonuçlar V-I grafiğinde bir dikdörtgen oluşturur. Tüm geçerli voltaj ve akım kombinasyonları dikdörtgenin içinde bulunur.
Çift aralıklı bir güç kaynağı, aynı maksimum güç için voltaj / akım kombinasyonlarının sayısını artırır. Bu kombinasyon, düşük aralıkta daha fazla akım sağlayan yüksek ve düşük voltaj aralığı sunar.
Figure 1. Güç kaynağı çıkış özellikleri (soldan sağa): tek aralık, çift aralık, otomatik aralık
Değişken yükselme eğimi, yüksek akımlı cihazları korur.
10 A veya daha fazla çıkış verebilen bir güç kaynağı, büyük ani akıma sahip cihazlara zarar vermek için yeterli enerjiye sahiptir. DC'den DC'ye dönüştürücüler, aydınlatma sürücüleri ve LED ampul modülleri gibi cihazlar anahtarlama güç kaynağı tasarımı kullanır. Anahtarlama güç kaynakları genellikle yüksek bir giriş kapasitansına sahiptir ve kapasitöre DC güç uygulamak büyük bir ani akım çeker.
Ani akımı en aza indirmenin bir yolu, voltajı yavaşça yükseltmektir. Değişken yükselme eğimi, çıkış voltajının zaman içinde ne kadar hızlı yükseldiğini değiştirir. Dönüş hızının düşürülmesi, ani akımın sınırlandırılmasını sınırlar. Daha yüksek bir yükselme eğimi, güç kaynağının çıkışınınhızlı bir şekilde yeni bir ayarlanmış voltaja yükseltmesini sağlar.
Çıkış voltajının arttırılması ve bir akım limiti ayarlanması yukarı programlama süresini etkiler. Yükselme eğimi ve akım sınırlaması etkileşime girdiğinden, cihazın kararlı durum akım kullanımına bağlı olarak akım sınırını ayarlamak en iyisidir. Daha sonra istenmeyen ani akımı sınırlamak için yükselme eğimini düşürebilirsiniz. Yukarı programlama süresini azaltmak için, daha yüksek bir akım sınırı ve yükselme eğimi kullanın. En hızlı zamanı elde etmek için, hem geçerli sınır hem de yükselme eğimi için bir maksimum değer ayarlayın.
Aşırı akım, geçerli sınırı aştığında bir kanalı kapattığı için bir koruma katmanı ekler. Kanalın yapılandırılması, bir aygıtın tüm güç kaynaklarını kapatmak için diğer kanallara veya güç modüllerine bir engelleme sinyali göndermesini sağlar.
Doğru voltaj ölçümlerinin yapılması
Daha yüksek akımlar, yük uçlarında (lead) meydana gelen voltaj düşüşü nedeniyle önemli voltaj hatalarına yol açar. Uzaktan algılama veya dört uçlu (four-wire) algılama, seçilen voltajın yüke gitmesini sağlar. Algılama uçları yükteki voltajı ölçer ve güç kaynağı, kablolamadaki kayıpları telafi etmek için çıkışını artırır. Şekil 2'de, güç kaynağı her yük ucundaki 80 mV (0,02 Ω * 4,0 A) düşüşü telafi etmek için çıkış voltajını 160 mV artırmıştır. Varsayılan ayar, güç kaynağının çıkış terminallerindeki voltajı ölçen yerel veya iki telli bir duyudur. Two-wire senaryoda, yükteki voltaj, ayarlanan çıkışın yaklaşık 160 mV altında olacaktır.
Figure 2. Uzaktan four-wire algılama, uçlardaki voltaj düşüşünü telafi etmek için güç kaynağının çıkış voltajını yükseltir.
Algılama hatlarını kullanırken, voltaj ölçümüne bağlı elektromanyetik gürültüyü önlemek için telleri bükmek (twisted-pair) önemlidir. Algılama (Sense) hatlarının da güvenilir bir bağlantıya ihtiyacı vardır - bir kablonun bağlantısı kesilirse güç kaynağı çıkışı düzenleyemez. Çoğu güç kaynağı, bir algılama hattının bağlantısı kesildiğinde beslemeyi düzenleyen bir güvenlik özelliğine sahiptir.
Aşırı gerilim koruması (OVP), güç kaynağının çıkış terminallerindeki voltajı sürekli olarak ölçerek ek bir koruma sağlar. OVP algılama hatlarından yararlanmadığından, yük voltajı kablolarına voltaj düşüşünü ekleyerek OVP ayarını hesaplayabilirsiniz. Şekil 2, OVP'nin 5,16 V'un üzerinde bir ayar gerektirdiği zamanlara bir örnektir.
Akımı doğru bir şekilde ölçmek için ipuçları
Cihazdaki voltajı bilmek, anlamlı bir akım ölçümü yapmanın ilk adımıdır. Akımı ölçmek için tipik bir yöntem, harici bir şönt direnç kullanmaktır. Şönt direnci boyunca voltaj düşüşünü ölçerek ve direncin değerine bölerek akımı hesaplayabilirsiniz. Akım direnci ısıtabileceğinden, harici bir şönt direnç kullanarak daha yüksek akımları ölçmek zor olabilir. Bir direncin ısıtılması, değerini değiştirir ve akım hesaplamasında bir hata oluşturur.
Akımı ölçmek için ikinci bir yöntem, kendi kendine ısıtma hatası olmayan, hassas bir akım transdüseri kullanmaktır. Bir transdüser, bir şönt direncinden daha pahalıdır, ancak ölçüm hatalarını seçmek ve tahmin etmek daha kolaydır. Son yöntem, yeterli ölçüm doğruluğuna sahip bir güç kaynağı seçmektir. E36200 Serisi otomatik aralıklı güç kaynağı mükemmel ölçüm doğruluğu sağlar ve zaman içinde voltaj ve akım verilerini kaydedebilir.
Düşük güç kaynağı çıkış gürültüsü
Doğru voltaj ve akım ölçümleri yapmak, mükemmel stabiliteye ve düşük çıkış gürültüsüne sahip bir beslemeye sahip olmakla başlar. Doğrusal güç kaynakları tipik olarak düşük ortak mod gürültüsüne sahiptir. E36200 Serisi otomatik aralıklı güç kaynağı, kompakt bir DC besleme sağlamak için bir anahtarlama topolojisi kullanır. Akıllı devre tasarımı ve dijital filtreleme, 200 W güç kaynağında 350 μVrms'den (20 Hz ila 10 MHz) daha az çıkış gürültüsü sağlar.
Özet
Daha fazla akım ve daha yüksek güç gerektiren uygulamalar, esnek bir masaüstü güç kaynağından yararlanabilir. Otomatik aralıklama, otomatik seri ve otomatik paralel bağlama gibi akıllı özellikler, bir güç kaynağının daha büyük bir güç kaynağına başvurmadan birçok uygulamayı kapsamasını sağlar. Büyük boyutlu tek aralıklı bir güç kaynağı satın almak ekonomik olabilir, ancak birçok zorlukla birlikte gelir. Ek devre ile, ortak mod gürültüsü, düzenleme ve ani akımın kontrol edilmesi zordur. Birçok cihaz farklı voltajlarda test gerektirir ve aynı anda birden fazla voltajın açılıp kapatılması gerekebilir. E36200 Serisi otomatik aralıklı güç kaynağı tasarımı daha fazla uygulamayı yönetir ve her voltajda daha fazla akım sağlar.