8. Vybrané přístroje pro laboratorní měřicí systémy. Část a)

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "8. Vybrané přístroje pro laboratorní měřicí systémy. Část a)"

Lukáš Soukup
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 8. Vybrané přístroje pro laboratorní měřicí systémy Část a)

2 Napájení a stimulace / měření a sběr dat napájení DC Prog. napájecí zdroje AC napájení 1f / 3f Analyzátory výkonu Měření spotřeby Funkční / arbitrary generátory stimulace DUT / Experiment Multimetry Spekrální analyzátory Osciloskopy Měření odezvy Dohled nad průběhy signálů Přepínání měř. míst Přepínače Digitizéry Měření odezvy DAQ moduly DAQ moduly Rychlé jednorázové děje

generátory stimulace DUT / Experiment Multimetry Spekrální analyzátory Osciloskopy Měření

3 DC napájecí zdroje Důležité parametry: Rozsah U a I, schopnost VC, CC Max. P (často omezeno max. U x I) Rozlišení v nastavení U a I Šum, zvlnění, stabilita (pozor: dnešní katalogové specifikace často bez rezervy) Často zabudovaný měřič U a I U některých modelů: vzdálené měření U na zátěži (korekce du na vodičích) = podobné 4sv. měření R Obr.: Agilent

U x I) Rozlišení v nastavení U a I Šum, zvlnění, stabilita (pozor: dnešní katalogové

4 Agilent E3631A 80W: 6V, 5A & ±25V, 1A Programming Accuracy at 25 C ±5 C Voltage: 0.05% + 20 mv, 0.05% + 20 mv, 0.1% + 5 mv + Current: 0.15% + 4 ma, 0.15% + 4 ma, 0.2% + 10 ma Ripple & Noise (20 Hz to 20 MHz) Normal Mode Voltage: <350 µvrms/ 2 mv p-p, <350 µv rms/2 mv p-p, <350 µv rms/2 mv p-p Normal-mode current: <500 µa rms, <500 µa rms, <2 ma rms Common-mode current: <1.5 µa rms, <1.5 µa rms, <1.5 µa rms Readback Accuracy at 25 C ±5 C Voltage: 0.05% + 10 mv, 0.05% + 10 mv, 0.1% + 5 mv Current: 0.15% + 4 ma, 0.15% + 4 ma, 0.2% + 10 ma Obr.: Agilent

2% + 10 ma Ripple & Noise (20 Hz to 20 MHz) Normal Mode Voltage: <350 µvrms/ 2 mv p-p, <350 µv rms/2 mv p-p, <350 µv rms/2 mv p-p

5 Odolnost proti rušení do napájení Ochrana před rušením (EMI) Stíněné kroucené vodiče NEPOUŽÍVAT stínění jako vodič proudu UZEMNINT na JEDNÉ straně Obr.: Agilent

6 Speciální: Source-metery (Zdrojová a měřicí jednotka) Kombinace nap. zdroje a multimetru Proměřování VA charakteristik Zdroj / spotřebič (4-kvadrant source / sink) Omezení U a/nebo I compliance limits Set Delay (ustálení hodnot) Measure Obr.: Keithley

7 Struktura měřicí a zdrojové jednotky Řídicí část AČ převodník + přepínač měřicích míst (měření U popř. I) Řízený zdroj proudu a omezovač napětí (náhrada zdroje napětí)

8 a) zdroj napětí, měření proudu: řízený zdroj napětí je realizován zdrojem proudu a řízeným omezovačem napětí u zdroje proudu je nastaven maximální přípustný proud (compliance limit)

9 b) zdroj proudu, měření napětí: řízený zdroj proudu omezovač napětí je nastaven maximální přípustné napětí (compliance limit)

10 Příklad - pasivní zátěž: VSRC = 10V; ICMPL = 10mA, DUT resistance: 1Ω (pasivní) ITEOR = VSRC / RDUT = 10 A, ALE: compliance => V = 10mV, I = 10mA Příklad aktivní zátěž (baterie) VSRC = 5V; ICMPL = 100mA, DUT baterie 6V => Source meter = sink (spotřebič) Odebírá proud z baterie I = 100mA až do vybití na 5V

Příklad aktivní zátěž (baterie) VSRC = 5V; ICMPL = 100mA, DUT baterie 6V =>

11 Algoritmus měření

12 Nastavitelné průběhy:

14 Testování polovodičů

15 Charakterizace polovodičových součástek Dioda Unipolární tranzistor Bipolární tranzistor Triak

16 Zapojení pro měření parametrů dalších součástek Charakteristiky kondenzátorů Charakteristiky termistorů Charakteristiky operačních zes. Charakteristiky optronů

17 Source Meter Unit Agilent B2901 I: 10 fa - 3 A (DC)/10.5 A (pulse) U: 100 nv V Keithley 2400 I: ma (po 500 na), šum 50 µa A (po 50 µa), šum 100 µa U: mv (po 5 µv), šum 5 µv V (po 5 mv), šum 5 mv Obr.: Agilent Obr.: Keithley

18 Elektronické zátěže Testování napájecích zdrojů, baterií, palivových článků apod. Výkonový MOSFET maří dodávaný výkon ze zdroje. Proud MOSFETem I IN je měřen snímacím odporem R SENSE jako úbytek napětí a porovnáván s hodnotou řídícího vstupu. Rozdíl ovládá otevírání MOSFETu (režim CC). Zároveň se monitoruje velikost napětí ze zdroje V IN 3 možné režimy činnost: CC, CV, CR konstantní proud, napětí nebo odpor Obr.: Agilent + režimy ON/OFF (open circuit / short circuit), také jako pulsní (měření transientů zdroje)

Rozdíl ovládá otevírání MOSFETu (režim CC).

19 Režimy činnost zátěže CC const. current CR const. resistance CV const. voltage Nejběžnější režim. Zátěž se chová jako regulátor konst. proudu. Ovládání MOSFETu podle měřeného proudu. Režim konst. odporu. Ovládání MOSFETu podle měřeného napětí (!). Tj. proud je přímo úměrný napětí -> I = U / R Režim konst. napětí. Zátěž se chová jako výkonová Zenerova dioda. Obr.: Agilent

Ovládání MOSFETu podle měřeného proudu. Režim konst. odporu.

20 Režimy činnost zátěže Transientní (pulsní) režimy dovolují testovat odezvu zdroje na změny mezi dvěma úrovněmi zatížení. Lze nastavit rychlost přeběhu (slew rate), a další parametry pulsu jako jednorázové (na trigger) / periodické opakování danou frekvencí,... Zároveň umožňují měření i s nízkým Duty cycle tj. lze zdroj silně zatěžovat aniž by se příliš zahříval. Pulsy vytváří zabudovaný generátor nebo vnější řídicí signál. Obr.: Agilent

Lze nastavit rychlost přeběhu (slew rate), a další parametry pulsu jako jednorázové (na trigger) / periodické

21 Použití transientních režimů - doba zatavení po změně, Trigger Obr.: Agilent

22 Statické testy zdrojů - efekt zatížení zdroje Obr.: Agilent Vstupní AC napětí pro napájení testovaného zdroje je při testu měřeno (pro kontrolu, že je konst.) nebo vytvářeno AC zdrojem.

23 Statické testy zdrojů - efekt omezení max. proudu Obr.: Agilent Periodic and Random Deviation (dříve: Ripple and Noise) + mnoho dalších testů zdrojů a baterií: zvlnění (PARD), účinnost, drift, vliv napájení, zkratový proud, přepěťová ochrana, kapacita baterie,

24 Zátěž v režimu nízkého napětí Při nízkém napětí (pod 3V) má většina elektronických zátěží problémy se správnou činností. Obr.: Agilent Při napětí pod 3V je regulační tranzistor plně otevřen a ztrácí schopnost regulace proudu. Odpor je pak prostě saturační odpor tranzistoru R DS(ON). Zátěž bude dál fungovat s omezenou proudovou kapacitou a s horší rychlostí přeběhu (slew rate). U nízkonapěťových zdrojů s velkým proudem může být problém už při napětí zdroje 5V (protože 2V se ztratí jako úbytky napětí na kabelech a na zátěži je jen 3V). Možno řešit offsetovým zdrojem v sérii s testovaným zdrojem posunutí prac. bodu.

25 Zátěž v režimu nízkého napětí Jednoduchý zdroj 3-5V s dostatečnou proudovou kapacitou v sérii s testovaným zdrojem posune pracovní bod na limit 3V. Snímací terminály zátěže (+S, -S) musí být zapojeny separátně k testovanému zdroji. Problémy: - pomocný zdroj přidává další šum do obvodu (případně nutno volit nízkošumový zdroj) - zátěž musí být schopna zmařit výkon testovaného zdroje dohromady s výkonem pomocného zdroje Obr.: Agilent - mohlo by dojít k poklesu napětí testovaného zdroje (např. overcurrent protection) a následně k přepólování zdroje. Proto je nutné monitorovat napětí na zdroji a zátěž by měla obsahovat reverse protection.

26 Př. elektronická zátěž Agilent N3302 Vstupní rozsahy a přesnost: I: 0-30A (0.1% + 10mA) U: 0-60V (0.1% + 8mV) P: 150W max. (40 C) Slew rate (slow mode): kA/s Zabudovaný přesný multimetr (U, I, P) Open: >20 kω; Short: < 66 mω Ripple & noise (20Hz 10MHz): 2mA rms, 20mA pp, 5mV rms Obr.: Agilent

27 Analyzátory výkonu Výpočet U, I a P, atd z okamžitých hodnot u(t), i(t) (resp. po ADC u j, i j ) P = střední hodnota okamžitého výkonu N odpovídá 1 periodě signálu Opakování: přednášky A3B38SME Senzory a měření

28 Norma D5135 Norma D5135 AC/DC Power Analyzer (1f) I a U: RMS(DC+AC), RMS (AC), Rect. mean P[W], S [VA], cos ϕ N nemusí odpovídat 1 periodě Obr.: Norma (resp. Wotol) Pokud je integrační (sumační) doba mnohonásobně delší než perioda, nekoherence N s periodou způsobí malou chybu Plovoucí vstupní část Impulsní tranf. rozhraní I (t) U (t) Vst. dělič a zesilovač Vst. dělič a zesilovač SAR ADC SAR ADC up Display Keyboard GPIB

29 Fluke - Norma 4000/ fáze (6 fází Norma 5000) DC 10MHz Přesnost 0.2%, 0.1%, 0.03% (podle vstupního modulu) U: 0.3 to 1000 V Obr.: Fluke I: 0.03 ma 20 A (podle vstupního modulu), nebo R Sens Všechny vstupy galvanicky izolované Vyhodnocení Harmonics U a I: do 40. Průměrovací doba: 15 ms 3600 s FFT analýza, vektorový display, DSO průběhů,

30 Fluke - Norma 4000/5000 Obr.: Fluke

31 Obr.: Fluke Norma 4000/5000 1x kanál U a I (celkem 3 fáze)

32 ZES Zimmer LMG 500 Precision power analyzer 1-8 kanálů DC 10MHz Přesnost 0.025% U: 3V V I: 20 ma 32 A Obr.: ZES Zimmer Vyhodnocení Harmonics do 50kHz v realtime, 1MHz postprocessingem v PC

33 ZES Zimmer LMG 500 Precision power analyzer Obr.: ZES Zimmer

Podobné dokumenty

NTIS-VP1/1: Laboratorní napájecí zdroj programovatelný

NTIS-VP1/1: Laboratorní napájecí zdroj programovatelný stejnosměrný zdroj s regulací výstupního napětí a proudu s programovatelnými funkcemi 3 nezávislé výstupní kanály výstupní rozsah napětí u všech kanálů: