Statické a dynamické parametre, stabilita, šum…
Na základe príspevkov na fóre ohľadom zdrojov sme sa rozhodli napísať tento článok, aby sme ozrejmili čitateľom aké parametre sú pre správnu funkciu laboratórneho zdroja dôležité. Ako objekt merania bol použitý zdroj zverejnený v tomto článku [1].
Nároky na zdroj sú samozrejme u každého užívateľa individuálne. Niekomu stačí zdroj na reguláciu žiarovky či motorčeka. Kto to však s elektronikou myslí vážnejšie, tak začínajú u neho stúpať aj nároky na zdroj. Preto ho začínajú zaujímať parametre ako rýchlosť reakcie prúdovej poistky, kvalita regulácie, šum a stabilita zdroja, vnútorný odpor a pod…
Zoznam použitých prístrojov:
Voltmeter, TrueRMS mVmeter, datalogger: Fluke 289
Ampermeter:Escort99
Osciloskop:Rigol DS1204B
Vplyv kolísania sieťového napätia
Vplyv kolísania sieťového napätia v režime konštantného napätia (CV)
Cieľ merania: Zmerať vplyv kolísania sieťového napätia ±10% na výstupné napätie zdroja v režime CV.
Schéma zapojenia:
[2]
Obr 1: Schéma zapojenia pre vyšetrenie vplyvu sieťového napätia na výstupné napätie (CV) a prúd (CC)
Popis merania:
a) Zapojiť meraciu aparatúru podľa schémy na Obr. 1.
b) Nastaviť požadované sieťové napätie.
c) Nastaviť prúdovú poistku zdroja na maximum.
d) Nastaviť nominálne napätie zdroja.
e) Nastaviť záťaž aby odoberala zo zdroja nominálny prúd (stále sme v režime CV)
f) Presným Vmetrom zmeriame výstupné napätie zdroja.
g) Na autotransformátore nastavíme novú hodnotu sieťového napätia.
h) Pokračujeme bodom f.
Výsledky merania:
| Sieťové napätie | Výstupné napätie |
| 207.9V | 23.176 |
| 231V | 25.022V |
| 254.1V | 25.024V |
Tab 1: Vplyv kolísania sieťového napätia na výstupné napätie v CV, 25V, 2A
| Sieťové napätie | Výstupné napätie |
| 207.9V | 25.019V |
| 231V | 25.017V |
| 254.1V | 25.018V |
Tab 2: Vplyv kolísania sieťového napätia na výstupné napätie v CV, 25V, 1A
Vplyv kolísania sieťového napätia v režime konštantného prúdu (CC)
Cieľ merania:
Zmerať vplyv kolísania sieťového napätia ±10% na výstupný prúd v režime CC.
Popis merania:
a) Zapojiť meraciu aparatúru podľa schémy Obr. 1.
b) Nastaviť požadované sieťové napätie.
c) Nastaviť výstupné napätie zdroja na maximum
d) Nastaviť prúdové obmedzenie na nominálny prúd zdroja.
e) Nastaviť záťaž, aby na svorkách zdroja bolo nominálne napätie (stále sme v režime CC)
f) Presným ampérmetrom zmeriame výstupný prúd zdroja.
g) Na autotransformátore nastavíme novú hodnotu sieťového napätia.
h) Pokračujeme bodom f.
Výsledky merania:
| Sieťové napätie | Výstupný prúd |
| 207.9V | 1.8771A |
| 231V | 2.0006A |
| 254.1V | 2.0008A |
Tab 3: Vplyv kolísania sieťového napätia na výstupný prúd režime CC, 25V, 2A
| Sieťové napätie | Výstupný prúd |
| 207.9V | 1.0022A |
| 231V | 1.0021A |
| 254.1V | 1.0023A |
Tab 4: Vplyv kolísania sieťového napätia na výstupný prúd režime CC, 25V, 1A
Poznámka:
Kolísanie výstupného napätia pre prúd 1A je pod rozlišovacou schopnosťou použitého V metra, keďže použitý voltmeter má pre daný rozsah presnosť 0,0255%+2digit.
Meranie pri prúde 2A je uvedené ako príklad nedostatočne dimenzovaného transformátora prípadne výstupnej filtrácie. Meraný zdroj by nevyhovel požiadavke na 2A zdroj. Ďalej budeme meraný zdroj považovať za 25V/1A zdroj. Meranú zdroj nemal presne definovanú špecifikáciu a preto sme takto ohraničili jeho parametre. V prípade, že testujeme výrobok ku ktorému výrobca dodáva základné parametre porovnávame výsledky s katalógovými údajmi výrobcu a môžeme vysloviť záver či zdroj vyhovel alebo nie.
Vplyv záťaže
Vplyv záťaže na výstupné napätie v režime CV
Cieľ merania:
Overiť kvalitu napäťovej regulácie, zistiť vnútorný odpor zdroja.
Schéma zapojenia:
[3]
Obr 2: Schéma zapojenia pre vyšetrenie vplyvu záťaže na výstupné napätie (CV) a prúd (CC)
Popis merania:
a) Zapojiť meraciu aparatúru podľa schémy Obr. 2.
b) Nastaviť prúdovú poistku zdroja na maximum.
c) Nastaviť nominálne napätie zdroja.
d) Nastaviť záťaž aby odoberala zo zdroja nominálny prúd (stále sme v režime CV)
e) Presným Vmetrom zmeriame výstupné napätie zdroja.
f) Odpojíme záťaž
g) Presným Vmetrom zmeriame výstupné napätie zdroja.
Výsledky merania:
| Výst. Napätie zdroja | Nastavený prúd | Pokles výst. Napätia |
| 25.006 | 0A | 0V |
| 24.962 | 1.0010A | 44mV |
| 24.929 | 2.0152A | 77mV |
Tab 5: Vplyv záťaže na výstupné napätie v režime CV, 25V
Vnútorný odpor vypočítame ako:
Z nameraných dát vieme určit 3 hodnoty:
Priemerná hodnota:
Odchýlka výstupného napätia pri prúde 1A:
Vplyv záťaže na výstupný prúd v režime CC
Cieľ merania:
Overiť kvalitu prúdovej regulácie, zistiť vnútorný odpor zdroja.
Popis merania:
a) Zapojiť meraciu aparatúru podľa schémy.
b) Nastaviť výstupné napätie zdroja na maximum.
c) Nastaviť prúdové obmedzenie na nominálny prúd zdroja.
d) Nastaviť záťaž aby na svorkách zdroja bolo nominálne napätie (stále sme v režime CC)
e) Presným ampérmetrom zmeriame výstupný prúd zdroja.
f) Záťaž nahradíme skratom
g) Presným ampérmetrom zmeriame výstupný prúd zdroja.
Výsledky merania:
| Výst. prúd zdroja | Nastavené napätie | Zmena výstupného prúdu |
| 1.0019A | 25.011V | 0V |
| 1.0025A | 12.012V | +6mA |
| 1.0037A | 0.0000V | +18mA |
Tab 6: Vplyv záťaže na výstupný prúd v režime CV, 1A
| Výst. prúd zdroja | Nastavené napätie | Zmena výstupného prúdu |
| 1.9993A | 25.070V | 0V |
| 1.9986A | 12.071V | -7mA |
| 1.9996A | 0.0000V | +3mA |
Tab 7: Vplyv záťaže na výstupný prúd v režime CV, 2A
Vnútorný odpor vypočítame ako:
Z nameraných dát vieme určiť 3 hodnoty:
Priemerná hodnota:
Odchýlka výstupného napätia pri prúde 1A:
Poznámka:
Nami namerané hodnoty vnútorného odporu sa navzájom značne líšia. V kontrolnom meraní pre 2A dokonca vychádza vnútorný odpor „záporný“. Chyba je pravdepodobne spôsobená ohrevom bočníka v zdroji teda zmenou jeho odporu a tým zmenou výstupného prúdu zdroja. Reálnejšie hodnoty by sme získali buď veľmi rýchlym meraním to si ale vyžaduje elektronickú záťaž. Druhá možnosť je počkať na ustálenie prúdu ale takto získaný vnútorný odpor nebude mať veľkú výpovednú hodnotu.
Ideálny zdroj by mal mať v režime konštantného napätia nekonečne malý výstupný odpor a naopak v režime konštantného prúdu nekonečne veľký výstupný odpor.
Zvlnenie a šum výstupného napätia/prúdu
Zvlnenie výstupného napätia v režime konštantného napätia (CV)
Cieľ merania:
Vyšetriť zvlnenie a šum výstupného napätia zdroja v napäťovom režime
Schéma zapojenia:
[3]
Obr 3: Schéma zapojenia pre vyšetrenie šumu výstupného napätia/prúdu
Popis merania:
a) Zapojiť meraciu aparatúru podľa schémy Obr. 3.
b) Nastaviť prúdovú poistku zdroja na maximum.
c) Nastaviť nominálne napätie zdroja.
d) Nastaviť záťaž aby odoberala zo zdroja nominálny prúd (stále sme v režime CV)
e) Presným true RMS mVmetrom zmeriame zvlnenie výstupného napätia.
f) Zapojíme osciloskop s AC väzbou na miesto mVmetra a nastavíme 20MHz šírku pásma
g) Zmeriame priebeh zvlnenia výstupného napätia
Výsledky merania:
[4]
Obr *: Zvlnenie výstupného napätia v režime CV pri záťaži 25V, 1A
| Prúd | Napätie | RMS multimeter | RMS osciloskp | Peak-peak osciloskop |
| 2A | 25V | 0.621mV | 1,45mV | 4,96mV |
| 2A | 12V | 0.621mV | 1,31mV | 3,76mV |
| 1A | 25V | 0.611mV | 1,43mV | 4,88mV |
| 1A | 12V | 0.610mV | 1,38mV | 4,40mV |
Tab 8: Zvlnenie výstupného napätia v režime CV pri záťaži 1A
Zvlnenie výstupného prúdu v režime konštantného prúdu (CC)
Cieľ merania:
Vyšetriť zvlnenie a šum výstupného napätia zdroja v napäťovom režime
Popis merania:
a) Zapojiť meraciu aparatúru podľa schémy Obr. 3.
b) Nastaviť výstupné napätie zdroja na maximum.
c) Nastaviť prúdové obmedzenie na nominálny prúd zdroja.
d) Nastaviť záťaž tak, aby na svorkách zdroja bolo nominálne napätie (stále sme v režime CC)
e) Presným true RMS mVmetrom zmeriame zvlnenie výstupného napätia.
f) Zapojíme osciloskop s AC väzbou na miesto mVmetra a nastavíme 20MHz šírku pásma
g) Zmeriame priebeh zvlnenia výstupného napätia
Výsledky merania:
[5]
Obr *: Zvlnenie výstupného prúdu v režime CC pri zátaži 25V, 1A
(1div = 200uA)
| Napätie | RMS multimeter | RMS osciloskop | Peak-peak osciloskop |
| 2A | 25V 490uA | 505uA | 1,856mA |
| 2A | 12V 512uA | 558uA | 2,4mA |
| 1A | 25V 277uA | 251uA | 1,032mA |
| 1A | 12V 267uA | 295uA | 1,25mA |
Tab 9: Zvlnenie výstupného prúdu v režime CV pri záťaži 1A
Stabilita výstupného napätia/prúdu
8hodinová stabilita napätia v režime CV
Cieľ merania:
Vyšetriť 8hod stabilitu výstupného napätia zdroja v režime CV.
Schéma zapojenia:
[6]
Obr. 4: Schéma zapojenia pre vyšetrenie stability výstupného napätia v režime CV
Popis merania:
a) Zapojiť meraciu aparatúru podľa schémy Obr. 4.
b) Nastaviť prúdovú poistku zdroja na maximum.
c) Nastaviť nominálne napätie zdroja.
d) Nastaviť záťaž aby odoberala zo zdroja nominálny prúd (stále sme v režime CV)
e) Necháme zdroj min. 30 minút ustáliť.
f) Spustíme datalogger a zaznamenáme kolísanie výstupného napätia po dobu 8 hodín
Výsledky merania:
[7]
Obr. 5: Kolísanie výstupného napätia zdroja počas 8hod v režime CV 25V 1A
Max. hodnota výstupného napätia: 25.129V
Stredná hodnota výstupného napätia: 25.113V
Min. hodnota výstupného napätia:25.078V
8hodinová stabilita prúdu v režime CC
Cieľ merania:
Vyšetriť 8hod stabilitu výstupného prúdu zdroja v režime CC.
Schéma zapojenia:
[8]
Obr 6: Schéma zapojenia pre vyšetrenie stability výstupného prúdu v režime CC
Popis merania:
a) Zapojiť meraciu aparatúru podľa schémy Obr. 6.
b) Nastaviť výstupné napätie zdroja na maximum.
c) Nastaviť prúdové obmedzenie na nominálny prúd zdroja.
d) Nastaviť záťaž aby na svorkách zdroja bolo nominálne napätie (stále sme v režime CC)
e) Necháme zdroj min. 30 minút ustáliť.
f) Spustíme datalogger a zaznamenáme kolísanie výstupného prúdu po dobu 8 hodín
Výsledky merania:
[9]
Obr. 7: Kolísanie výstupného prúdu zdroja počas 8hod v režime CC 25V 1A
Max. hodnota výstupného prúdu: 1.0046A
Stredná hodnota výstupného prúdu: 1.0018A
Min. hodnota výstupného prúdu: 1.0008A
Dynamická odozva na zmenu záťaže
Dynamická odozva na zmenu záťaže v režime (CV)
Cieľ merania:
Zistenie rýchlosti odozvy napäťového regulátora pri skokovej zmene záťaže
Schéma zapojenia:
[10]
Obr. 8: Schéma zapojenia pre vyšetrenie vplyvu záťaže na výstupné napätie (CV) a prúd (CC)
Popis merania:
a) Zapojiť meraciu aparatúru podľa schémy Obr. 8.
b) Nastaviť prúdovú poistku zdroja na maximum.
c) Nastaviť nominálne napätie zdroja.
d) Rozpojiť elektronický spínač
e) Nastaviť záťaž 1, aby odoberala zo zdroja 1/2 nominálneho prúdu
f) Zopnúť elektronický spínač
g) Nastaviť záťaž 2, aby odber zo zdroja zodpovedal nominálnemu prúdu (stále sme v režime CV)
h) Pripojíme elektronický spínač na generátor a modulujeme ho obdĺžnikom s 50% striedou a frekvenciou 10Hz (nie je kritické, zvoliť podľa rýchlosti testovaného zdroja)
i) Zatriggrujeme osciloskop na zopnutie spínača a uložíme priebeh
j) Zatriggrujeme osciloskop na rozopnutie spínača a uložíme priebeh
Výsledky merania:
[11]
Obr 9: Odozva na pripojenie záťaže (skok z 1A na 2A pri 25V) v režime CV
[12]
Obr 10: Odozva na odpojenie záťaže (skok z 2A na 1A pri 25V) v režime CV
Dynamická odozva na zmenu záťaže v režime (CC)
Cieľ merania:
Zistenie rýchlosti odozvy prúdového regulátora skokovej zmene záťaže
Popis merania:
a) Zapojiť meraciu aparatúru podľa schémy Obr. 8.
b) Nastaviť maximálne napätie zdroja.
c) Nastaviť prúdovú poistku zdroja na hodnotu nominálneho prúdu.
d) Rozpojiť elektronický spínač
e) Nastaviť záťaž 1, aby napätie na svorkách zdroja zodpovedalo menovitému napätiu (u nás 25V) (stále sme v režime CC)
f) Zopnúť elektronický spínač
g) Nastaviť záťaž 2, aby napätie na svorkách zdroja zodpovedalo 1/2 menovitého napätia (u nás 12,5V)
h) Pripojíme elektronický spínač na generátor a modulujeme ho obdĺžnikom s 50% striedou a frekvenciou 10Hz (nie je kritické, zvoliť podľa rýchlosti testovaného zdroja)
i) Zatriggrujeme osciloskop na zopnutie spínača a uložíme priebeh
j) Zatriggrujeme osciloskop na rozopnutie spínača a uložíme priebeh
Výsledky merania:
[13]
Obr 12: Detail odozvy na pripojenie záťaže (skok z 25V na 12,5V pri 2A v režime CC
[14]
Obr 13: Detail odozvy na odpojenie záťaže (skok z 12,5V na 25V pri 2A v režime CC
[15]
Obr 14: Odozva na pripojenie záťaže (skok z 25V na 12,5V pri 1A v režime CC
[16]
Obr 15: Detail odozvy na pripojenie záťaže (skok z 25V na 12,5V pri 1A v režime CC
[17]
Obr 16: Detail odozvy na odpojenie záťaže (skok z 12,5V na 25V pri 1A v režime CC
Odozva zdroja na zmenu záťaže pri prechode z režimu CV do režimu CC a späť
Cieľ merania:
Vyšetrenie odozvy zdroja pri prechode z režimu CV do režimu CC a späť.
Popis merania:
a) Zapojiť meraciu aparatúru podľa schémy Obr. 8.
b) Nastaviť prúdovú poistku zdroja hodnotu nominálneho prúdu.
c) Nastaviť nominálne napätie zdroja.
d) Rozpojiť elektronický spínač
e) Nastaviť záťaž1 aby odoberala zo zdroja 1/2 nominálneho prúdu (režim CV)
f) Zopnúť elektronický spínač
g) Nastaviť záťaž 2 aby aby napätie na svorkách zdroja zodpovedalo 1/2 menovitého napätia (u nás 12,5V) (režim CC)
h) Pripojíme elektronický spínač na generátor a modulujeme ho obdĺžnikom s 50% striedou a frekvenciou 10Hz (nieje kritické, zvoliť podľa rýchlosti testovaného zdroja)
i) Zatriggrujeme osciloskop na zopnutie spínača a uložíme priebeh
j) Zatriggrujeme osciloskop na rozopnutie spínača a uložíme priebeh
Výsledky merania:
[18]
Obr 17: Odozva na pripojenie záťaže (skok z 25V na 12,5V pri zmene prúdu z 0,5A na 1A
prechod z režimu CV do režimu CC
[19]
Obr 18: Odozva na odpojenie záťaže (skok z 12,5V na 25V pri zmene prúdu z 1A na 0,5A
prechod z režimu CC do režimu CV
Poznámka:
Cieľom tohto merania bolo vyšetriť chovanie zdroja pri prechodoch medzi napäťovým a prúdovým režimom. Daný zdroj netrpí napäťovým prekmitom pri skokovom odľahčení ale pri skokovom zaťažení sa objavuje prúdový prekmit s amplitúdou približne 2A, čo bolo v našom prípade 2x viac ako bolo nastavené prúdové obmedzenie. Pri používaní zdroja v prúdovom režime na to treba brať ohľad.
Záver:
Keďže meraný zdroj je amatérska konštrukcia a nemá (nemal 😉 ) žiadne bližšie technické špecifikácie nebolo možné meranie uzavrieť jednoznačným tvrdením či zdroj vyhovel alebo nevyhovel. Počas väčšiny meraní sme zdroj považovali za 25V/1A.
Pri meraní odozvy na zmenu záťaže sme však na toto pozabudli a tak meranie je len pre zmenu 1A – 2A. Takisto pri meraní dlhodobej stability by bolo vhodnejšie samostatne vyšetrovať teplotnú stabilitu zdroja a samostatne časovú. Toto meranie je však náročné takže sme sa rozhodli pre zjednodušenie.
Pokiaľ vás článok motivoval a rozhodnete sa aj vy pre zmeranie parametrov zdroja podľa nášho návodu tak budeme radi keď sa s nami podelíte o výsledky merania v nasledovnej téme na fóre [20]
Autori: Washu & zawin