заводы изготовителинаши партнерыформа заказа

Увеличение эффективности систем АТО с помощью многоканальных источников питания

В статье рассматриваются источники питания с возможностью «перемещения» мощности для систем автоматизированного тестирования оборудования, позволяющие повысить универсальность и удешевить подобные системы.
Разработчик систем автоматизированного тестирования оборудования (АТО) всегда должен решать две противоречивые задачи. С одной стороны, следует стремиться создать максимально гибкую и универсальную систему, а с другой стороны, необходимо удерживать цены АТО-систем на приемлемом уровне. Часто источники питания занимают в системах АТО немалое место и по габаритам, и по стоимости, поэтому их оптимизация помогает решить проектировщику обе задачи. Обычно при испытании оборудования требуется один источник питания средней мощности и несколько источников малой мощности. Например, во многих случаях для питания схем цифровой электроники требуется напряжение 3,3 и 5 В с большим током потребления, а для вспомогательных систем обычно требуется напряжение ±12 или ±24 В с малым током потребления. Пример таких систем приведен в таблице 1.

Таблица 1. Пример изделий с несколькими номинальными значениями напряжения питания
Изделие Главные системы Вспомогательные узлы
Материнская плата компьютера 5 В; 18 А; 90 Вт
12 В; 6 А; 72 Вт
3,3 В, 14 А, 46 Вт
-12 В; 0,3 А; 4 Вт
-5 В; 0,3 А; 1,5 Вт
5 В; 1,5 А; 7,5 Вт
Инвертор для подсветки ЖК-дисплея 24 В; 12 А; 280 Вт 3 вспомогательные системы
5 В; 2 А; 10 Вт

Задачи, решаемые проектировщиком систем АТО Использование отдельных источников питания Используется один многоканальный источник питания
Уменьшение размеров Набор отдельных источников занимает больше места из-за повторяющихся на каждом блоке элементов — индикация, интерфейс и т.д. Многоканальный источник имеет меньшие размеры, так как расположен в одном корпусе и имеет одну панель индикации, один интерфейс
Упрощение монтажа Отдельные источники монтировать сложнее. Потребуются дополнительные приспособления для их установки в единую сборку, особенно если размеры источников неодинаковы Единый конструктив многоканального источника значительно облегчает монтаж
Возможность управления последовательностью включения напряжения и режимом пониженного энергопотребления Отдельные источники трудно синхронизировать и контролировать программным способом Многоканальный источник имеет одну систему управления, поэтому не возникает проблем при программировании последовательности включения каналов и управлении режимом пониженного энергопотребления

В этом случае для обеспечения энергопитания испытываемого оборудования возможно применение либо нескольких одноканальных источников питания, либо одного многоканального источника.
По причинам, приведенным в таблице 2, предпочтение, как правило, отдается многоканальным источникам, которые имеют преимущества при переконфигурировании системы АТО. Все модули многоканального источника унифицированы по габаритам и интерфейсу, и из унифицированных модулей можно составить множество различных вариантов по строения блока питания в соответствии с конкретными требованиями к каждому типу испытываемого оборудования.
Однако широкий диапазон рабочих значений напряжений и мощности испытываемого оборудования (см. табл. 1) усложняет задачу разработчика. Обычно мощные и маломощные модули не объединяются в пределах одного многоканального источника. Это обстоятельство означает, что проектировщику систем АТО придется использовать модули избыточной мощности. Рассмотрим пример №1 — конфигурирование многоканального источника питания для испытаний инвертора подсветки ЖК-дисплея. Исходные данные и последовательность проектирования примерно таковы:
– основной канал инвертора подсветки потребляет мощность 280 Вт от источника питания и еще по 10 Вт потребляют каждая из трех вспомогательных систем инвертора, итого от источника питания требуется мощность 310 Вт;
– проектировщик решает использовать многоканальный источник питания, построенный по модульному принципу;
– в его распоряжении имеются модули номинальной мощностью 100, 200 и 400 Вт;
– также имеются два базовых блока, которые могут обеспечить электропитанием модули общей мощностью 500 или 2000 Вт;
– для испытания инвертора подсветки ЖК-дисплея проектировщик выбирает один модуль мощностью 400 Вт и три 100-Вт модуля, суммарная мощность составляет 700 Вт;
– для электропитания этих модулей приходится выбирать базовый блок мощностью 2000 Вт.
Хотя выбранная конфигурация источника питания и обеспечивает испытание оборудования, все же ей присущ ряд недостатков:
– проектировщик системы АТО был вынужден применить базовый блок мощностью 2000 Вт для поддержки модулей суммарной мощностью 700 Вт, хотя для испытания оборудования требовалась мощность всего лишь 310 Вт;
– базовый блок 2000 Вт имеет большие размеры, нежели блок мощностью 500 Вт, следовательно увеличиваются размеры и всей системы АТО в целом;
– базовый блок 2000 Вт потребляет большую полную мощность;
– базовый блок 2000 Вт рассеивает больше тепловой энергии;
– стоимость системы АТО возрастет, так как возрастает стоимость источника питания, номинальная мощность которого более чем в 6 раз превышает требуемую.

Некоторые производители источников питания позволяют пользователю изменять конфигурацию многоканальных источников питания таким образом, чтобы суммарная мощность не изменялась. Подобные источники позволяют подбирать мощность встроенных модулей так, как это удобно в каждом случае. Если потребляемая мощность превосходит максимально допустимую, то источник питания, проработав короткое время в этом режиме, затем выключается. Причем процесс отключения не контролируется, а это нежелательно для систем АТО.

Наилучшее решение источника питания для систем АТО
Компания Agilent Technologies предлагает свое решение — источник питания N6700, построенный по модульному принципу. Это небольшая гибкая система, состоящая из базового блока типоразмера 1U (1U — единица, применяемая для обозначения высоты оборудования. 1U равен 1,75 дюйма или 44 мм), в который возможно установить до 4 низкопрофильных модулей. Всего возможно использовать 3 базовых блока и 20 модулей постоянного тока (см. табл. 3). Благодаря разнообразию возможных конфигураций рассмотренный источник питания очень хорошо подходит для систем АТО, позволяя проектировщику системы выбирать требуемый вариант построения в зависимости от типа испытываемого оборудования.

Таблица 3. Состав источника питания Agilent N6700
Наименование Тип Мощность, Вт
Базовый блок N6700B 400
N6701A 600
N6702A 1200
Модули постоянного тока N6730 50
N6740 100
N6770 300
N6750, автоматическая установка шкалы 50 и 100
N6760, прецизионный блок 50 и 100


Давайте еще раз проанализируем вариант построения источника питания в рассмотренном выше примере №1, но уже с использованием источника питания N6700:
– для испытываемого инвертора требуется мощность 280 Вт по главному входу и по 10 Вт мощности для каждой из трех вспомогательных систем. Всего 310 Вт;
– проектировщик имеет в своем распоряжении источник питания Agilent N6700 — низкопрофильный модульный источник питания;
– возможен выбор модулей мощностью 50, 100 и 300 Вт;
– возможен выбор базовых блоков мощностью 400, 600 и 1200 Вт;
– для испытываемого инвертора выбираются модуль мощностью 300 Вт и 3 модуля мощностью по 50 Вт. Общая мощность модулей составляет 450 Вт;
– выбирается базовый блок N6700В, рассчитанный на мощность 400 Вт, способный обеспечить требуемой мощностью выбранные модули постоянного тока благодаря особенностям управления мощностью, которые будут описаны ниже.
Источник питания Agilent N6700 обладает уникальной особенностью, суть которой заключается в возможности индивидуально регулировать мощность, подключаемую к каждому модулю. При этом ограничивается максимальная мощность потребления модулей там, где это возможно, и увеличивается максимальная мощность, подключаемая к модулю там, где такое увеличение желательно. Например, в нашем случае мощность 300 Вт подключается к 300-Вт модулю, а суммарная мощность потребления оставшихся трех 30-Вт модулей ограничивается на уровне 30 Вт — такова общая мощность, требуемая тремя вспомогательными входами испытываемого оборудования.
Возможность «перемещения» мощности позволяет проектировщику использовать базовый блок меньшей мощности, что, в свою очередь, имеет следующие преимущества:
– уменьшается потребление полной мощности;
– уменьшаются тепловые потери;
– уменьшается стоимость всей системы АТО (базовый блок мощностью 450 Вт стоит меньше, чем базовый блок мощностью 2000 Вт);
– возможность «перераспределения» мощности программным путем в источнике питания Agilent N6700 позволяет легко адаптироваться к испытываемому оборудованию;
– если испытываемое оборудование потребляет больше мощности, чем разрешено для данного канала, то он переходит в режим ограничения мощности, при этом остальные каналы продолжают работать в нормальном режиме и неконтролируемое отключение исключается.

Заключение
Перед проектировщиком систем АТО стоят две противоречащие друг другу задачи: повысить гибкость АТО-систем, не увеличивая их стоимость. Многоканальные модульные источники питания могут стать первым шагом на этом пути, так как уменьшают стоимость системы и заметно упрощают монтаж по сравнению с использованием нескольких одноканальных источников. Еще больше снизить стоимость системы поможет рассмотренный в статье источник Agilent N6700, программно-аппаратное обеспечение которого позволяет «перемещать» мощность между модулями в базовом блоке. «Перемещение» мощности является новейшим достижением компании и позволяет заметно увеличить возможности переконфигурирования источника питания, что весьма важно для систем АТО.

Боб Золло, технический специалист, компания Agilent Technologies