DC-voedingen voor het testlab – 6 dingen die u moet weten
Terminalvoedingen zijn altijd al een vast onderdeel geweest van de testbank. We gebruiken ze dagelijks, maar toch zijn ze een van de instrumenten die het vaakst over het hoofd worden gezien. Met de juiste benchvoeding en een goede kennis van de kenmerken en functies ervan, kunt u de snelheid en nauwkeurigheid van uw tests verbeteren. Hieronder vindt u een lijst met dingen die u moet weten over de benchvoedingen die u gebruikt, en waar u rekening mee moet houden bij het zoeken naar een nieuwe DC-voeding voor uw bench.
1. Vermogenslimieten
DC-voedingen in een productfamilie of -groep worden doorgaans onderscheiden door hun maximale spanning en maximale stroom. In het Keithley-portfolio voor benchvoedingen bevat het modelnummer deze specificaties (2260B-30-72 heeft bijvoorbeeld een maximale spanning van 30 V en een maximale stroom van 72 A). Hoewel dit nuttig is, zijn de vermogenslimieten van de voeding net zo belangrijk. De hierboven genoemde 2260B-30-72 benchvoeding kan maximaal 30 V of 72 A leveren, maar heeft een vermogenslimiet van 720 W. De voeding kan dus geen 30 V bij 72 A leveren, omdat het vermogen beperkt is.
Als u de ingestelde spanning en de resulterende stroom, of de ingestelde spanning en de weerstand van het DUT kent, wordt het gegenereerde vermogen als volgt berekend:
Zolang het met deze vergelijkingen berekende vermogen lager is dan de vermogenslimiet van de benchvoeding, zou deze normaal moeten kunnen functioneren. Het is echter raadzaam om de handleiding of datasheet van de voeding te lezen om er zeker van te zijn dat de spanning en stroom van de test geldig zijn voor dat instrument, aangezien sommige vermogenslimieten niet lineair zijn.
2. Constante spanning (CV) en constante stroom (CC)-modus
De meeste benchvoedingen hebben twee bedrijfsmodi: constante spanning (CV) en constante stroom (CC). In de CV-modus levert de voeding een ingestelde spanning tot een ingestelde stroomlimiet. De voeding levert de ingestelde spanning zolang de weerstand van het te testen apparaat (DUT) een stroom genereert die lager is dan de stroomlimiet. Als de weerstand van het apparaat laag genoeg is om een stroom boven de stroomlimiet te genereren, zal de voeding de uitgang op die stroomlimiet vastzetten en overschakelen naar de constante stroommodus totdat de belastingsweerstand toeneemt of de spanning op een lagere waarde wordt ingesteld.
Het gebruik van een voeding in de constante stroommodus kan enigszins tegenstrijdig zijn. De constante stroommodus maakt van de benchvoeding geen stroombron, maar vertelt de voeding alleen welk gedrag er aan de uitgang verwacht wordt. Door de stroomlimiet in te stellen op de gewenste waarde en vervolgens de spanning in te stellen op een waarde die anders een stroom *hoger* dan de limiet zou genereren, zal de voeding de stroomlimiet bereiken en die constante stroom behouden. Dit wordt berekend met de wet van Ohm. De ingestelde spanning moet groter zijn dan de ingestelde stroomlimiet vermenigvuldigd met de weerstanden in het circuit (inclusief de meetsnoeren, als u extra voorzichtig bent!).
3. Spanningsbewaking op afstand
Voor de meest nauwkeurige spanningsvoorziening gebruikt u een benchvoeding met remote sense. Dit is een extra set aansluitingen, meestal te vinden op het achterpaneel van het instrument, die is aangesloten op een interne spanningsmonitor in de voeding. Deze aansluitingen zijn doorgaans voorzien van jumpers op de positieve en negatieve uitgangsaansluitingen. Als deze sense-aansluitingen open blijven, zal de voeding zich onregelmatig gedragen, omdat deze de geleverde spanning niet kan bewaken.
Het is prima om de sense-aansluitingen aangesloten te laten op de uitgangsaansluitingen voor de meeste toepassingen met hoge weerstand (RDUT > ~100 Ω), maar bij belastingen met een lagere weerstand kan dit onnauwkeurig worden. De voeding levert spanning aan het testapparaat en aan de meetsnoeren die de benchvoeding met het testapparaat verbinden. Aangezien de meeste standaard meetsnoeren van ~90 cm een weerstand hebben van ~50 mΩ (~100 mΩ per paar), kan er een aanzienlijke spanningsval over de snoeren optreden bij gebruik van een testapparaat met lage weerstand.
Hieronder staat de vergelijking voor het berekenen van de spanning bij het DUT. Hierbij wordt gebruikgemaakt van de weerstand van het apparaat en de weerstand van de testkabels. U kunt deze vinden door de kabels aan te sluiten op een DMM die is ingesteld op 2-draads Ω en de uiteinden met elkaar te verbinden.
Bijvoorbeeld, het leveren van 10 V aan een 10 Ω testapparaat met standaard ~100 mΩ meetsnoeren zou ongeveer 9,901 V genereren bij het testapparaat, waarbij de extra ~0,099 V over de twee meetsnoeren zou dalen (ongeveer 1% fout). Als dat testapparaat 1 Ω was, zou er slechts 9,091 V bij het apparaat verschijnen, bijna 10% lager dan de verwachte waarde.
Door de remote sense-lijnen aan weerszijden van het testapparaat aan te sluiten, kan de benchvoeding nu *alleen* de spanningsval over het testapparaat meten. Hierdoor kan de voeding de spanning bij de uitgangsaansluitingen verhogen en de spanningsval over de meetsnoeren compenseren totdat de ingestelde spanning overeenkomt met de gemeten spanning. De mate van spanningsval van de meetsnoeren die de voeding kan compenseren, is meestal te vinden in de datasheet.
4. Parallel- en serie gebruik
Voor tests die meer vermogen vereisen, kan parallel- en seriebedrijf worden gebruikt om de beschikbare spanning of stroom te verhogen. Deze functie wordt door de meeste benchvoedingen tot op zekere hoogte ondersteund. De Keithley 2230G-serie met meerkanaals voedingen voor op het werkvlak ondersteunt bijvoorbeeld standaard parallel- en serieschakeling, waarbij twee van de kanalen op de voeding worden gebruikt om de beschikbare stroom of spanning te verdubbelen. Deze serie voedingen heeft een instelling die specifiek is bedoeld voor het combineren van uitgangen, waardoor de voeding de juiste spanning en stroom kan meten alsof deze als één voeding functioneert. Zelfs als deze functie voor het “slim combineren van uitgangen” niet beschikbaar is op een voeding, ondersteunen de meeste voedingen parallel- en serieschakeling (raadpleeg de handleiding voor de zekerheid).
Om de beschikbare spanning te verhogen, sluit u de benchvoedingen in serie aan. Dit doet u door de positieve uitgang van de ene voeding aan te sluiten op de negatieve uitgang van een andere voeding en vervolgens de overige positieve en negatieve uitgangen aan te sluiten op het testapparaat.
Om de beschikbare stroom te verhogen, sluit u de benchvoedingen parallel aan. Dit doet u door beide positieve uitgangen aan te sluiten op de ene aansluiting van het testapparaat en beide negatieve uitgangen op de andere aansluiting van het testapparaat.
Raadpleeg de handleiding van de voeding voor instructies over het gebruik van remote sense als u deze functie gebruikt bij het combineren van uitgangen. Dit is mogelijk niet mogelijk in bepaalde configuraties of bij gebruik van verschillende voedingen.
5. Testsequenties/Uitgangstimers
Het handmatig instellen van spanningswaarden en stroomlimieten kan kostbare tijdverspilling zijn bij het uitvoeren van lange of complexe tests met een voeding. Gelukkig beschikken de meeste benchvoedingen over een testsequentiefunctie of op zijn minst een vorm van uitgangstiming. Dit is een eenvoudige manier om een complexe test te controleren zonder tijd te hoeven besteden aan het aanpassen van de instellingen op de voeding.
Het instellen van testsequenties is sterk afhankelijk van de fabrikant en de productfamilie van de gebruikte benchvoeding, maar ze werken meestal als een reeks waarden of een timer voor een ingestelde waarde.
Als een voeding testsequenties ondersteunt, kan deze voorgeprogrammeerde spanningswaarden, stroomlimietwaarden en tijd per stap verwerken. Dit stelt de voeding in staat om complexe tests te genereren en geeft de gebruiker meer tijd om zich te concentreren op het uitvoeren van kwaliteitsmetingen.
6. Reactietijd
Voor tests waarbij snel veranderende spanningen of belastingen nodig zijn, is de reactietijd cruciaal. Deze specificatie beschrijft hoe lang het duurt voordat de benchvoeding op- of afloopt naar een ingestelde spanning. Houd er rekening mee dat deze specificatie vaak varieert afhankelijk van de belasting. Het is daarom raadzaam om de bijgevoegde aantekeningen te raadplegen die de belasting beschrijven die werd gebruikt toen de specificatie werd gegenereerd.
Deze specificatie bestaat vaak uit een aantal onderdelen: stijgtijd, daaltijd en transiënthersteltijd. De stijgtijd beschrijft de typische tijd die de voeding nodig heeft om een bepaalde waarde te bereiken. Dit wordt gegeven als de tijd die de voeding nodig heeft om van 10% van de waarde naar 90% van de waarde te gaan. De daaltijd is vergelijkbaar, maar omgekeerd geeft dit de tijd aan die nodig is om van 90% van de waarde naar 10% te gaan.
De transiënthersteltijd is een complexere specificatie. Deze wordt meestal beschreven met een paar parameters: de spanningsstabilisatieband, de transiënthersteltijd en de stapsgewijze verandering in de belastingstroom. De Keithley 2200-serie benchvoedingen hebben bijvoorbeeld de volgende Load Transient Recovery Time-specificatie: “<400 μs tot binnen 75 mV na een verandering van 0,1 A naar 1 A.” Dit betekent dat, als de stroombelasting verandert van 0,1 A naar 1 A (stapverandering in belastingstroom), de voeding binnen 400 μs (de hersteltijd van de transiënt) weer binnen 75 mV van de ingestelde spanning (spanningsstabilisatieband) komt.
Deze 6 belangrijke kenmerken/specificaties van benchvoedingen moeten in acht worden genomen bij het gebruik van een voeding. Ze kunnen tijd en moeite besparen of tests nauwkeuriger maken.
Ondersteun mijn website’s, kanaal en inhoud en mijn voortdurende inspanningen via Patreon:
https://patreon.com/Colani
Suc6
Terry van Erp
