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R&S®Essentials | Nozioni fondamentali sugli alimentatori

Comprendere gli alimentatori da banco

Autore: Paul Denisowski, esperto di misure e collaudo

Per il corretto funzionamento è necessaria una conoscenza fondamentale degli alimentatori in corrente continua e delle loro funzioni di base. Quanto segue fornirà un'introduzione tecnica generale agli alimentatori DC da banco e spiegherà le funzioni, i parametri e le caratteristiche più importanti degli alimentatori utilizzati nelle moderne applicazioni di misura e collaudo.

La maggior parte dell'elettronica è alimentata in corrente continua (DC) e quindi per quasi tutti i progetti, i test e il debug dell'elettronica moderna è necessaria una fonte di alimentazione o un "alimentatore" DC. Sebbene sia possibile utilizzare una fonte di alimentazione in DC fissa e non configurabile, a questo scopo vengono normalmente utilizzati in laboratorio i cosiddetti alimentatori da banco.

Esistono molti modelli e configurazioni diversi di alimentatori DC da banco, ma vi sono alcuni requisiti comuni validi per quasi tutti i tipi di alimentazione:

1. Un'uscita variabile e ad alta precisione:

Tensione tipicamente fino a circa 30 V max
Correnti tipicamente fino a circa 10 A max

2. Un'uscita di un alimentatore da banco di alta qualità: bassa rumorosità e ondulazione residua (ripple)

3. Un tempo di recupero basso dopo un'improvvisa modifica dell'impedenza di carico

4. Canali multipli che possono essere usati indipendentemente o combinati

Specifiche di base degli alimentatori da banco

Le specifiche di base di un alimentatore sono la tensione di uscita massima (in volt), la corrente di uscita massima (in ampere) e la potenza di uscita massima (in watt). Di solito sono specificate per canale.

Ad esempio, questo canale ha una tensione massima di 30 V, una corrente massima di 10 A e una potenza massima di 160 W. È importante notare che la potenza massima è inferiore alla tensione massima moltiplicata per la corrente massima. Qui, la potenza massima del canale in uscita è 160 W e non 300 W.

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Le combinazioni di tensione e corrente supportate da un alimentatore DC da banco vengono spesso visualizzate utilizzando una "curva di declassamento". Qualsiasi combinazione di tensione o corrente che cade al di sopra o al di sotto di questa curva (nell'area colorata) è supportata dall'alimentazione.

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Le curve di declassamento (derating curve) sono normalmente incluse nelle specifiche o nel manuale dell'alimentatore o sono reperibili sul sito web del produttore.

Per maggiori informazioni sulle curve di declassamentoè possibile consultare qui.

Configurare tensione e corrente su un alimentatore DC da banco

L'utente di un alimentatore da banco configura due cose: il limite di corrente di uscitadesiderato e la tensione di uscita. La corrente di uscita è funzione della resistenza di carico, mentre la potenza di uscita è la tensione di uscita moltiplicata per la corrente di uscita.

La tensione di uscita dell'alimentazione viene solitamente mantenuta costante, ma in alcuni casi la tensione di uscita può essere modificata o variata dinamicamente. I tre modi più comuni in cui questa operazione viene eseguita sono una rampa, una sequenza arbitrariae l'utilizzo di una fonte esterna.

Uscita a rampa

Come suggerisce il nome, una "rampa" è un aumento continuo o “salita di potenza" della tensione di uscita. La tensione di uscita parte da zero e poi sale a una tensione definita per un tempo di rampa definito dall'utente, dopodiché la tensione rimane costante.

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Uscita arbitraria

A differenza della rampa, che aumenta linearmente la tensione da zero a un valore definito, una sequenza arbitraria commuta l'alimentazione DC tra diversi livelli discreti di tensione o soglie di corrente. Ciascuno di questi livelli ha valori e durate definiti dall'utente e questa sequenza può essere ripetuta più volte. Le sequenze sono talvolta definite direttamente sull'alimentatore stesso, ma spesso vengono caricate nell'alimentatore tramite un file creato esternamente.

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Uscita analogica/di modulazione

Su alcuni alimentatori è anche possibile controllare l'uscita del canale utilizzando una tensione di ingresso esterna: questo ingresso "analogico" o di "modulazione" viene immesso nell'alimentatore tramite un connettore separato. La tensione di uscita (o talvolta il limite della corrente di uscita) è controllata o regolata da questo ingresso analogico. Questo può essere utilizzato anche per creare forme d'onda di tensione in uscita "modulate", come l'onda sinusoidale mostrata qui.

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Funzione di readback

Indipendentemente dal tipo di uscita, molti alimentatori da banco mostreranno due valori per tensione e corrente. Il primo gruppo di valori è costituito dai valori inseriti dall'utente. Il secondo gruppo di valori è costituito dai valori misurati o rilevati di ciò che l'alimentatore sta attualmente erogando. Questa funzione è spesso chiamata "readback".

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Nel funzionamento normale, il valore della tensione di readback dovrebbe essere vicino al valore configurato. L'attuale valore di readback dipenderà dalla resistenza di carico, poiché è la resistenza di carico che determina la quantità di corrente assorbita dall'alimentazione. È importante ricordare che il valore di "corrente" inserito dall'utente è un limite superiore o un valore massimo, non "costringe" l'alimentatore a erogare una determinata corrente.

Oltre alla semplice visualizzazione dei valori, il readback viene utilizzato anche in altre tre aree: rilevamento remoto, funzioni di protezione e determinazione della modalità di tensione costante o corrente costante.

Rilevamento remoto

I cavi di alimentazione possono ridurre la tensione rilevata dal carico perché hanno una resistenza diversa da zero. In molti casi si può ignorare, ma può essere significativa in caso di resistenze di carico ridotte o di correnti elevate.

Il rilevamento remoto (remote sense) consente agli alimentatori DC da banco di compensare la caduta di tensione causata dai cavi di alimentazione. Scoprite di più sul rilevamento remoto qui.

Funzioni di protezione

Le funzioni di protezione sono progettate per proteggere il carico da una tensione eccessiva o “sovratensione", da una corrente eccessiva o “sovracorrente"e da una potenza eccessiva o “sovrapotenza".Tutte e tre queste funzioni disabilitano l'uscita di alimentazione quando viene superata una soglia. Spesso è presente anche una sorta di indicazione visiva e/o sonora dell'attivazione della protezione. Nella maggior parte dei casi, l'uscita di alimentazione deve quindi essere riavviata manualmente.

Le funzioni di protezione sono normalmente configurate e abilitate/disabilitate per canale, sebbene la protezione da sovracorrente possa essere collegata ad altri canali: se il “fusibile elettronico” di un canale viene attivato, anche tutti i canali a esso collegati vengono disabilitati. Inoltre, la protezione da sovracorrente può avere un ritardo all'avvio, per evitare che l'uscita venga disabilitata a causa di correnti di spunto elevate ma di breve durata.

Infine, l'alimentatore stesso può avere una funzione di protezione da sovratemperatura, che interrompe l'alimentazione se la temperatura interna dell’alimentatore diventa troppo alta.

Modalità a tensione e corrente costante

Il terzo utilizzo principale del readback è legato a qualcosa chiamato modalità a “tensione costante” e a “corrente costante”. Quando la resistenza al carico diminuisce, può verificarsi una corrente eccessivamente e/o inaspettatamente alta. Poiché una corrente elevata spesso danneggia o distrugge il carico, è importante evitare che si verifichi questa situazione.

Un modo per evitare questo problema è ridurre la tensione in modo che la corrente scenda al di sotto della soglia. Questa modalità di funzionamento è chiamata "modalità a corrente costante".

Scoprite di più sulla tensione costante e sulla corrente costantequi.

Riassunto

Gli alimentatori DC da banco sono ampiamente utilizzati nella progettazione, nel test e nel debug di quasi tutti i dispositivi elettronici.
Le specifiche chiave per qualsiasi alimentatore da banco sono il numero di canali e la tensione, la corrente e la potenza massime di uscita.
È inoltre importante scegliere un alimentatore con un'uscita pulita e di alta qualità e una buona precisione/accuratezza.
Nella maggior parte dei casi, l'uscita di un alimentatore DC è costante, ma molti alimentatori supportano anche diverse modalità per generare un'uscita variabile, come rampe e forme d'onda arbitrarie.
Il readback mostra i valori di uscita misurati e abilita funzioni come il rilevamento remoto, diversi tipi di protezione e il passaggio dalla modalità a tensione costante a quella a corrente costante.
Le funzioni aggiuntive presenti in alcuni alimentatori da banco includono il funzionamento seriale e parallelo, la capacità di funzionare come un carico elettronico e la simulazione della batteria.

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