Migliorare il test degli alimentatori

Avere una buona comprensione di come gli strumenti di misura operino nella pratica può fornire una conoscenza preziosa di come i metodi di test possano essere migliorati. Successivamente, le impostazioni possono essere rese più semplici e più efficaci, e inoltre i parametri che misurano le prestazioni del test possono essere incrementati in modo significativo. Questo è vero in qualsiasi ambito della tecnologia che richiede la cattura dei dati di test, ma di seguito considereremo nello specifico le sue relazioni con gli alimentatori di ultima generazione.

Funzionamento in Cc o in Cv

L’uscita di un alimentatore può operare in modalità Cv a tensione costante o CC a corrente costante, in relazione alla resistenza del suo carico e alle impostazioni sulla tensione e sul limite di corrente. Nella maggior parte dei casi un’uscita dell’alimentatore opera in modalità Cv o Cc, ma in alcune circostanze inusuali potrebbe entrare in una modalità Unr, ovvero non regolata. La comprensione di queste diverse modalità di funzionamento renderà molto più semplice la programmazione corretta dell’alimentatore. Gli alimentatori opereranno in modalità Cv fintanto che il carico non richiede più corrente di quanta ne renda disponibile l’attuale limite di corrente. Secondo la legge di Ohm, per mantenere una tensione costante mentre varia la resistenza sul carico è necessario aumentare/diminuire la corrente. Finché la corrente di uscita (I_out) = Vs/Rl è inferiore al limite di corrente impostato, l’alimentatore regolerà l’uscita alla tensione impostata. Nel caso in cui la resistenza del carico diminuisce e la resistenza di carico (Rl) è inferiore a Rc (il rapporto fra la tensione impostata dell’alimentatore e la corrente impostata), l’alimentatore regolerà invece la corrente. Ancora una volta, la legge di Ohm imporrà una variazione di tensione se la corrente si mantiene costante pari al limite impostato, portandosi in modalità Cv. Se l’alimentatore non è in grado di regolare la propria tensione o corrente di uscita, allora subentrerà la modalità Unr. Le possibili cause della modalità di funzionamento Unr includono un guasto interno all’alimentatore, la diminuzione del valore della tensione di linea Ac in ingresso al di sotto dell’intervallo nominale, la presenza di un’altra sorgente di alimentazione collegata all’uscita dell’alimentatore, o la transizione dell’uscita fra la modalità di funzionamento Cv e la modalità Cc (o viceversa).

Soluzioni di misura remota

In condizioni ideali, le connessioni dei cavi di un alimentatore non avrebbero resistenza, in realtà tuttavia la resistenza dei loro cavi aumenta con la lunghezza degli stessi e con il diametro dei cavi, così che, quando un alimentatore fornisce corrente attraverso i cavi, la tensione sul carico potrebbe diminuire. Gli alimentatori sono tipicamente disponibili con i cavi di misura connessi localmente ai terminali di uscita. Tuttavia, in installazioni con lunghi cavi di connessione al carico, la tensione ai terminali di uscita non rappresenterà con accuratezza la tensione sul carico. È possibile ricorrere alla misura remota per compensare questo aspetto, correggendo così le cadute di tensione. Quando si connettono i terminali di misura remota al carico, l’amplificatore di retroazione interno vedrà la tensione direttamente sul carico, piuttosto che ai terminali di uscita. Dato che l’anello di controllo misura la tensione direttamente al carico, l’alimentazione manterrà costante la tensione sul carico, indipendentemente dalle cadute di tensione già discusse.

L’uso dell’alimentatore per la misura di corrente del Dut

È possibile ottenere delle misure accurate per mezzo di un amperometro, di un derivatore di corrente o tramite la ritrasmissione interna della corrente all’alimentatore. Ciascuno di questi metodi presenta vantaggi e svantaggi. La funzione di ritrasmissione della corrente è in grado di assicurare l’accuratezza richiesta per la misura, eliminando al contempo le difficoltà associate con la connessione dei derivatori di corrente. Quest’ultima consente di minimizzare il numero di dispositivi di connessione (relè, interruttori, ecc.) e di impostare le misure in modo che esse partano al verificarsi di altri eventi legati all’alimentazione. È possibile connettere in serie più uscite dell’alimentatore per ottenere più corrente. Quando si connettono le uscite in serie per avere una tensione più alta, occorrerebbe adottare le seguenti precauzioni: non superare mai il valore massimo di tensione flottante in ciascuna delle uscite; le uscite dell’alimentatore non devono essere soggette a tensioni inverse; connettere in serie solo le uscite con valori nominali identici di tensione e corrente.

La connessione in serie/parallelo delle uscite

Ogni uscita dell’alimentatore dovrebbe essere impostata indipendentemente, di modo che le tensioni si sommino fino al valore totale desiderato. Per fare ciò, ciascuna uscita deve essere impostata al valore limite massimo di corrente che il carico è in grado di gestire. La tensione di ciascuna uscita può essere quindi impostata e sommata fino a raggiungere la tensione desiderata. Quando si connettono le uscite in parallelo per ottenere correnti più alte, è essenziale che:

• un’uscita operi in Cv e l’altra (o le altre) in Cc;
• il carico in uscita eroghi abbastanza corrente per mantenere l’uscita (o le uscite) Cc in questa modalità di funzionamento;
• siano connesse in parallelo solo le uscite con valori nominali identici di corrente e di tensione;
• sia impostato lo stesso limite di corrente per tutte le uscite.

Minimizzare il rumore dall’alimentatore al Dut

Se il Dut è sensibile al rumore al suo ingresso di alimentazione Dc, si dovrebbe fare tutto il possibile per minimizzare il rumore all’ingresso. Siccome potrebbe essere difficile filtrare il rumore proveniente dalla sorgente di alimentazione, si dovrebbe innanzitutto scegliere un’unità caratterizzata da un rumore molto basso. Gli alimentatori regolati linearmente sono in grado di soddisfare questo requisito; tuttavia, essi possono essere di grandi dimensioni e generare calore in modo considerevole. La moderna tecnologia di alimentazione a commutazione ha raggiunto uno stadio in cui le uscite sono confrontabili con quelle degli alimentatori lineari. Si raccomanda di scegliere un alimentatore con valori bassi del rumore di tensione Rms e picco-picco, anche se il rumore può essere ulteriormente abbattuto agendo sui cavi di collegamento al Dut. Queste connessioni possono essere sensibili alla raccolta di rumore tramite accoppiamenti induttivi, accoppiamenti capacitivi, interferenza Rf, ecc. Il modo più efficace per ridurre il rumore consiste nell’assicurare le connessioni al carico e le connessioni di misura usando doppini schermati. Inoltre, potrebbe essere opportuno bilanciare l’impedenza dei cavi. Allo scopo di mitigare l’effetto della corrente di modo comune, si dovrebbe equalizzare sull’alimentatore l’impedenza dai terminali di uscita verso massa.

Proteggere il Dut

Gran parte degli alimentatori in continua presentano caratteristiche che proteggono i Dut e la circuiteria sensibile dall’esposizione a tensioni/correnti potenzialmente dannose. Quando il Dut attiva un circuito di protezione all’interno dell’alimentatore, quest’ultimo spegne l’uscita e visualizza una notifica. Le funzioni più comuni di protezione sono le protezioni da sovratensioni e da sovracorrenti. Gran parte degli alimentatori prevedono la possibilità di impostare la tensione di uscita e un limite di corrente. L’impostazione del limite di corrente determina il valore al di sopra del quale l’alimentatore impedirà il flusso di corrente. Questa modalità di funzionamento in continua regolerà la corrente di uscita al limite di corrente ma non spegnerà l’uscita. Piuttosto, la tensione diminuirà al di sotto della tensione impostata e l’alimentatore continuerà a erogare corrente fino al valore limite di corrente impostato in modalità Cc. La protezione dalle sovracorrenti spegne l’uscita per impedire il flusso di una corrente eccessiva verso il Dut. Quando la protezione è attivata, se l’alimentatore entra in modalità Cc, si attiverà una protezione che disattiverà l’uscita. Il limite di corrente dovrebbe essere impostato in modo da essere sufficientemente basso per proteggere il Dut, ma sufficientemente alto per evitare interruzioni indesiderate dovute alle normali fluttuazioni di corrente che si verificano durante i transitori in uscita.

Relè in uscita per scollegare fisicamente il Dut

Si potrebbe ipotizzare che l’uscita dell’alimentatore sia completamente aperta quando è impostata in uno stato con uscita disabilitata, ma in realtà potrebbe non essere così. L’impedenza in uscita varia da modello a modello mentre è attiva questa impostazione e può dipendere dalle opzioni installate nell’alimentatore. Lo stato di ‘uscita disabilitata’ imposterà tipicamente la tensione/corrente di uscita a zero e disabiliterà la circuiteria interna per la generazione di energia. Tuttavia, questo non garantisce che non fluirà alcuna corrente in ingresso/uscita al Dut (come avverrebbe se i terminali di uscita fossero fisicamente scollegati dal Dut). Alcuni alimentatori sono dotati di un rélé di uscita interno opzionale per poter scollegare il carico, ma anche con quest’ultimo installato, alcuni modelli potrebbero ancora avere condensatori connessi ai terminali di uscita in grado di avere effetti sul Dut. Per applicazioni critiche in cui è richiesto il distacco completo fra l’uscita dell’alimentatore e il Dut, verificate con il produttore dell’alimentatore se il relè in uscita lo assicura. In caso contrario, sarà richiesta l’aggiunta di relè esterni per il distacco. Mentre gran parte degli alimentatori sono in grado di misurare la tensione/corrente stazionaria al Dut, alcune unità possono anche misurare la tensione e la corrente dinamica. Questi alimentatori presenteranno un convertitore analogico-digitale interno. Nell’effettuare una misura del segnale digitale, è possibile impostare i seguenti parametri: l’intervallo di tempo fra i campioni; il numero dei campioni acquisiti; il tempo di acquisizione. Una volta che due di questi parametri sono impostati, il restante parametro è determinato attraverso la seguente equazione:

Tempo di acquisizione = Intervallo di tempo x (Numero di campioni -1)

Analogamente, il convertitore analogico/digitale integrato in un alimentatore può essere configurato per attivare e catturare la tensione di uscita o le forme d’onda di corrente dell’alimentatore. Il convertitore analogico/digitale conterrà una memoria temporanea per le letture con i punti di dati delle forme d’onda. I dati possono essere recuperati e analizzati usando qualsiasi software standard. L’uso dell’alimentatore al posto di una batteria consente di acquisire informazioni dinamiche sulla corrente che scorre nel Dut. Ciò a sua volta consente di effettuare regolazioni sul progetto per ottimizzare la gestione dell’alimentazione del Dut. Tipicamente, gli alimentatori sono usati per polarizzare i circuiti che richiedono una tensione costante. Tuttavia, applicazioni più avanzate potrebbero richiedere una tensione (o una corrente) variabile nel tempo. I moderni alimentatori possono gestire facilmente entrambi i casi, usando la modalità lista in caso di applicazioni variabili nel tempo. È di norma possibile programmare un Pc per variare le tensioni di uscita dell’alimentatore per determinati periodi di tempo. Il programma è così in grado di controllare le transizioni fra le tensioni, di modo che il Dut possa essere testato a diverse tensioni. La modalità lista consente la generazione di tali sequenze di tensione e la loro sincronizzazione con segnali interni/esterni senza occupare risorse di calcolo. Si tratta semplicemente di impostare gradini di tensione (o di corrente) programmati individualmente, con una durata del gradino a essi associata. Per creare una lista, impostate i seguenti parametri:

• uno o più gradini di tensione o di corrente;
• i tempi di mantenimento;
• il numero di ripetizioni (numero di volte che in cui la lista sarà ripetuta).