Джерела живлення для випробувального та вимірювального обладнання від компанії RECOM

У статті наведена коротка інформація про при­значення та характеристики AC/DC та DC/DC- перетворювачів компанії Recom, призначених для використання у контрольно-вимірювальному та медичному обладнанні.

В. Макаренко

Терміни випробування та вимірювання охоплю­ють широкий спектр додатків. Фактично все зво­диться до вимірювання фізичних величин (струм, напруга, температура і т.д.) у різних умовах експлуа­тації (нормальних, граничних чи стресових), збере­ження та аналізу результатів.

Найчастіше при вимірюваннях потрібна гальва­нічна ізоляція, оскільки об’єкт знаходиться або може бути на іншому потенціалі від випробувального та вимірювального обладнання. Коли обладнання жи­виться від AC/DC-перетворювача, він забезпечує гальванічну ізоляцію, а встановлений далі DC/DC- перетворювач забезпечує поділ між вхідною шиною живлення і багатоканальною системою вимірюван­ня. Цей прийом застосовується для запобігання взаємного впливу між вхідними каналами. Також ви­користання DC/DC-перетворювачів може бути по­трібним навіть при батарейному живленні.

Для живлення датчиків у випробувальному та ви­мірювальному обладнанні зазвичай потрібна біпо­лярна напруга для забезпечення роботи операцій­них та високоточних підсилювачів. Потім посилений та відфільтрований сигнал подається на вхід АЦП, а цифровий потік з виходу проходить через цифровий ізолятор. Аналогові та цифрові входи вимагають не­залежних шин живлення 3.3 або 5 В, отриманих від магістрального 12 або 24 В понижувального пере­творювача. Нарешті використання цифрових ізоля­торів шин передачі даних (USB, CAN, GPIB і т.д.) ча­сто обов’язково використовується для уникнення замкнутих контурів заземлення і підвищеної безпе­ки та стійкості обладнання до відмови при одинич­них збоях.

Вимоги для AC/DC-перетворювачів для випробувального та вимірювального обладнання

Спектр контрольно-вимірювального обладнання досить широкий — від настільних пристроїв до стійкового комплексу, з вхідною напругою від 90 до 277 В AC і більше у випадку промислового обладнання.

Для живлення малопотужних пристроїв від 3 до 20 Вт часто використовуються модулі для монтажу на друкованій платі, наприклад, RAC03-K, RAC04- K/277, RAC05-K/480, RAC10-K/277 та RAC20-K. При великих потужностях від 40 до 550 Вт використо­вуються модулі для монтажу на шасі, наприклад RACM40-K, RACM60-K, RACM90-K, RACM230-G та RACM550-G. Найчастіше в таких системах викори­стовується пасивне охолодження, які ці модулі підт­римують, а RACM230-G і RACM550-G можуть забез­печувати додаткове відведення тепла від основи. Залежно від модуля доступні різні сертифікати без­пеки для різних сфер застосування: EC/EN 61010, IEC/EN 62368, IEC/EN 60601, EN 60335. Також вико­нуються вимоги стандартів ЕМС без використання зовнішніх компонентів.

Модулі мають малі струми витоку, що може бути потрібним у контрольно-вимірювальному обладнан­ні і особливо критично для медичних застосувань. Малий шум на виході є додатковою перевагою AC/DC-модулів компанії RECOM.

Перетворювачі із високою міцністю ізоляції

Компанія RECOM пропонує DC/DC-перетворю- вачі із винятково високою міцністю ізоляції в ком­пактних корпусах. Унікальні серії RHV2 та RHV3 за­безпечують 20 кВ DC (12.5 кВ AC/1 хвилина) у корпу­сі SIP16 для вимірювань у системах, де потрібний високий ступінь ізоляції, наприклад, іонні вакуумні насоси, рентгенівські установки та високовольтні системи фільтрації забруднень.

Перетворювачі серії REM забезпечують ізоляцію до 10 кВ DC (5 кВ AC/1 хвилина) та сертифіковані витримувати 230 В AC на ізоляційному бар’єрі у по­стійному режимі. Доступні моделі з вихідною потуж­ністю від 1 до 30 Вт. Прикладом таких застосувань може бути забезпечення ізоляції при вимірюванні температури за допомогою термопари, приєднаної безпосередньо до трансформатора, діода, транзи­стора або конденсатора, що знаходиться під мере­жевою напругою. У тестовому та вимірювальному обладнанні, що потребує функціональної ізоляції для відсутності замкнутих контурів заземлення або недопущення взаємного впливу в системах з малою напругою, серія RKE пропонує краще поєднання продуктивності до вартості, забезпечуючи ізоляцію 3, 4 або 6 кВ.

Ізолятори шини живлення

Індустріальні шини CAN, RS-485 (ModBus) або GPIB часто використовуються для з’єднання датчи­ків, виконавчих механізмів, осцилографів та програ­мованих джерел живлення та навантажень для ство­рення автоматизованого випробувального облад­нання або диспетчерського контролю та збору да­них (SCADA). У таких системах часто є велика різни­ця потенціалів між лініями нуля, особливо високо­вольтних, потужних або системах з довгими кабель­ними лініями. Ізольований послідовний інтерфейс (рис. 1), приймач CAN або USB інтерфейс усуває вплив різниці потенціалів між модулями [2].

Рис. 1. Ізольований послідовний інтерфейс

Ізольованому приймачу послідовної шини по­трібно джерело живлення з гальванічною ізоляцією. Як правило, використовуються ізольовані DC/DC- перетворювачі. Типові комбінації вхідної та вихідної напруги складають 3.3-3.3 В, 5-5 В, 3.3-5 В. Наведе­на на рис. 2 плата RECOM (R-REF03-CAN1) є гото­вим рішенням для швидкого створення прототипів систем із шиною CAN.

Рис. 2. Плата RECOM R-REF03-CAN1

Малошумні перетворювачі

Велика кількість датчиків мають низьку вихідну напругу. Наприклад, напруга термопари може ста­новити 1 мВ при 25 °C. Підсилювачі сигналу термо­пар з великим коефіцієнтом підсилення чутливі до синфазного шуму, тому потрібне використання ма­лошумного джерела живлення.

Пульсації типового нестабілізованого DC/DC-пе- ретворювачі становлять 60-100 мВ, що може впли­вати на процес виміру. Для вирішення цього завдан­ня, RECOM пропонує регульовані DC/DC-перетво- рювачі з аналогічним розташуванням виводів, що поєднують переваги ізольованих DC/DC-перетво- рювачів, стабільність та малий шум лінійного регу­лятора.

Наприклад, RIZX-0505 забезпечує стабільну ви­хідну напругу 5 В з рівнем шуму 30 мВ (розмах на­пруги пульсацій). Якщо цього недостатньо, викори­стання найпростішого фільтра (рис. 3) дозволяє знизити рівень шуму до 2 мВ для створення мало­шумного (-68 дБ) ізольованого джерела.

Рис. 3. Ізольований DC/DC-перетворювач з додатковим фільтром на виході

Перетворювачі з високою вхідною та малою вихідною напругою

Звичайні лінійні регулятори є надійним і бюджетним рішенням при зниженні вхідної напруги до рів­нів, що підходять для живлення ТТЛ і КМОН логіки, але їх ККД є досить низьким, що обмежує макси­мальний вихідний струм через великі втрати та роз­сіювання тепла. Імпульсні DC/DC-перетворювачі пе­ретворять вхідні 24 В у 5 В зі струмом 1 А, споживаю­чи всього 208 мА по входу — це в 4 рази менше, ніж потрібно лінійному регулятору. Таким чином, вико­ристання імпульсним регулятором ізольованих DC/DC-перетворювачів більш ефективно в багато­канальному контрольно-вимірювальному обладнан­ні.

Перетворювачі напруги з однополярним входом та біполярними виходами

Найчастіше DC/DC-перетворювачі — найпрості­ше, недороге та найбільш ефективне рішення для отримання біполярного живлення. Компанія RECOM пропонує широкий спектр рішень з біполярними ви­ходами (±5, ±12 або ±15 В), які підходять для органі­зації живлення операційних підсилювачів. Доступні моделі з вихідною потужністю від 250 мВт для живлення малопотужних пристроїв і до 40 Вт для вели­ких багатоканальних систем. Прикладом застосу­вання є вимірювання струму у перетворювачі на сто­роні з високою напругою. Оскільки вимірювальний резистор безпосередньо під’єднаний до високої на­пруги AC або DC, використовується ізольований операційний підсилювач для вимірювання падіння напруги на шунті. Потенціал виходу ізольованого бі­полярного джерела живлення не з’єднаний із за­гальною землею (0 Viso) та може бути безпосеред­ньо приєднаний до входу підсилювача (рис. 4).

Рис. 4. Використання ізольованого біполярного джерела живлення для вимірювання струму на стороні з високою напругою