Журнал РАДІОЛОЦМАН, березень 2015
Luca Bruno
EDN
Пошук причин виникнення потенційних проблем джерел живлення виробляється за допомогою динамічних і статичних тестів. Пропонований простий генератор впадає струму призначений для тестування джерел живлення малої і середньої потужності і джерел напруги. У таких додатках генератор може віддавати струм від 0 до 1.5 А в діапазоні вхідних напруг від 0 до 5 В при напрузі живлення до 20 В. Основним елементом схеми є прецизійний операційний підсилювач OPA277 (IC1) компанії Texas Instruments [ 1 ], Що має максимальне напруження зсуву всього 100 мкв, вхідний струм 4 мкА і малий дрейф в діапазоні температур від -40 до +85 ° C (Малюнок 1). Операційний підсилювач IC1 порівнює напруга на своєму неінвертуючий вході з падінням напруги на струмовимірювальні резистори RSENSE.
Вихід мікросхеми IC1 управляє потужним N-канальним MOSFET Q1 [ 2 ] Таким чином, щоб підтримувати падіння напруги на струмовимірювальні резистори рівним напрузі на неінвертуючий вході. Напруга на RSENSE пропорційно току навантаження, поточного з досліджуваного джерела живлення, і не залежить від його напруги.
Транзистор Q1 має наступні основні граничні характеристики:
- максимальний струм стоку: 14 А при температурі корпусу 25 ° C;
- максимальна напруга стік-витік: 100 В;
- максимальний опір відкритого каналу: 0.16 В при напрузі затвор-витік 10 В і струмі стоку 7 А;
MOSFET може розсіювати кінцеве кількість тепла - до 30 Вт при використанні радіатора з тепловим опором 1 ° C / Вт або менше при нерухомому повітрі і температурі навколишнього середовища не більше 40 ° C. Оскільки максимальна потужність залежить від теплового опору радіатора і температури повітря, при збільшенні напруги живлення слід відповідно зменшувати струм навантаження. При імпульсному характері вхідного напруги напруга живлення можна підвищити в десятки разів, оскільки середня потужність розсіювання набагато менше і залежить від середнього навантаження.
Точний резистивний дільник R1, R2 дозволяє вам привести діапазон напруг 0 ... 5 В на вході схеми до діапазону 0 ... 0.495 В на неінвертуючий вході IC1, якому буде відповідати діапазон вихідних струмів 0 ... 1.5 А. При зазначених на схемі опорах резисторів R1 і R2 вхідний опір пристрою дорівнює 100 кОм. Цього цілком достатньо для використання більшості функціональних генераторів, що мають вихідний імпеданс 50 або 75 Ом, і дозволяє підключати генератор безпосередньо, без використання буферного операційного підсилювача.
З аналізу схеми випливає наступне співвідношення:
ILOAD = GVIN,
в котрому
де
G - провідність,
α - коефіцієнт ослаблення:
Коефіцієнт ослаблення вхідного дільника напруги можна змінити, щоб, піднявши верхню межу вихідного струму до декількох ампер, отримати можливість тестування низьковольтних джерел живлення з великими вихідними струмами.
Конденсатори C3, C4 і резистори R3, R4 забезпечують стійкість петлі зворотного зв'язку, встановлюючи час наростання рівним 1.4 мкс при стрибку вхідної напруги від 0 до 5 В. Таким чином, ви можете перевіряти джерела живлення або в статичних умовах, подаючи на вхід постійна напруга, або в динаміці, підключивши до входу, наприклад, джерело імпульсів для імітації швидких змін навантаження. Низькі опору відкритого каналу транзистора Q1 і струмовимірювальні резистори RSENSE дозволяють вам відчувати джерела живлення або джерела напруги з мінімальним вихідним напругою аж до 1 В. Нижня межа вихідної напруги тестованого джерела дорівнює
(1.5 А) × (RSENSE + RDS (ON)) = 735 мВ,
де RDS (ON) - опір відкритого каналу Q1.
Ви може тестувати також і багатоканальні джерела живлення, які мають, наприклад, виходи напруги -5 або -12 В. У цьому випадку необхідно з'єднати «землю» джерела живлення з виходом генератора струму, тобто, з висновком стоку, а негативний висновок генератора підключити до «землі» схеми. Для підвищення точності результатів динамічних тестів, таких як перевірка нестабільності вихідної напруги по навантаженню, часу відновлення або перехідних характеристик, підключати тестований джерело до схеми треба дуже уважно, стежачи за тим, щоб площа петлі струму, утвореною сполучними проводами, була мінімальною. Імпульсний струм навантаження є джерелом електромагнітних випромінювань, інтенсивність яких пропорційна цій площі, величині струму і квадрату частоти струму. Ці випромінювання можуть порушувати роботу, як самої схеми, так і вимірювального обладнання.
Матеріали по темі
- Datasheet Texas Instruments OPA277.
- Datasheet International Rectifier IRF530.