Если требуется подавать электропитание к потребителям, различающимся номинальными входными характеристиками, то используйте регулируемые источники питания. Однако, такими приборами пользоваться не удобно, а часто невозможно, если необходимо динамическое изменение выходных параметров. В этом случае оптимальным решением будет использование программируемых источников постоянного тока.
 Время чтения: 15 минут
|
- Какие источники питания можно отнести к программируемым?
- Преимущества программируемых источников питания
- Область применения программируемых источников питания
- Требования к программируемым источникам питания
- Управление и передача данных
- Способы цифрового управления
- Заключение и рекомендации по выбору программируемого источника питания
Необходимость управления выходными параметрами источника питания потребуются для различных задач. Это может быть:
- определение реакции потребителя на нештатные режимы электропитания;
- определение зависимости выходных параметров питаемого потребителя от входных;
- определение реакции потребителя на динамически меняющийся параметры электропитания.
Классификаций существует множество, но нам интересно, как делятся все блоки по уровню управляемости. Условно выделяют три типа:
- не управляемые (обычные блоки питания (БП) для электроники и бытовой техники);
- с ручным управлением (регулировка осуществляется потенциометром, энкодером, кнопками или переключателем);
- программируемые (регулировка выполняется через внешнее устройство или встроенный контроллер).
Наличие функции регулировки напряжения позволяет использовать такие устройства для электроснабжения потребителей с различными номинальными параметрами.
В первую очередь к ним относятся устройства способные хранить в энергонезависимой памяти несколько настроек выходных параметров, а также применять их при вызове оператором. Для реализации этой функции источники питания (ИП) снабжаются встроенной памятью и кнопками быстрого вызова для применения хранящихся параметров.
Вторая группа – ИП способные к динамическому регулированию выходных параметров. Эта функция позволяет приборам автоматически изменять выходные параметры тока и напряжения по заранее определенной оператором программе.
Программируемые источники питания (ПИП) представляют большой интерес в различных областях науки, техники, научных исследованиях, разработке и испытании технических средств. В качестве преимуществ ПИП можно отнести:
- возможность автоматического изменения величины тока и напряжения на выходе;
- дистанционный контроль и взаимодействие с прибором;
- возможность организации обратной связи с питаемым устройством;
- составление оператором индивидуальной программы работы БП;
- автоматическое выполнение программы установленное число циклов;
- возможность объединения нескольких приборов в одну сеть и одновременного контроля за их работой.
Области применения программируемых источников питания настолько широка, что сложно даже представить. Ведь их применяют во множестве отраслей от электроники и машиностроения до научных исследований в сельском хозяйстве и микробиологии. Вот некоторые из таких областей использования:
- имитация работы: аккумуляторов, батарей, зарядных устройств, а также других ИП;
- моделирование режимов работы: сетей постоянного тока, бортовых сетей автомобилей, самолетов;
- тестирование DC преобразователей, автомобильных, а также солнечных инверторов;
- генерирование импульсов сложной или произвольной формы;
- построение вольт-амперной, а также других характеристик для полупроводниковых элементов;
- тестирование и настройка автоматизированных линий;
- тестирование мобильной техники, а также автономных устройств;
- испытание электросамокатов, электромобилей, космических спутников и других устройств;
- научные исследования в электрофизиологии животных, растений, микроорганизмов;
- проведение гальванических, а также электролитических исследований.
К источникам питания с функцией программирования, независимо от области применения, предъявляются следующие требования:
- высокая точность задания выходных параметров;
- малое время восстановления нагрузки источника;
- возможность параллельной работы с другими ПИП;
- возможность построения графиков, а также сохранения принятой информации;
- необходимое число изолированных выходов.
Часто встречаются лабораторные блоки питания (ЛБП) оборудованные в задней части специальными разъемами. Эти разъемы используют для приема и передачи управляющих сигналов, а также обмена массивом данных с внешними устройствами. Чаще всего для этого используются разъемы: USB, COM, RJ45, клеммные колодки и иные промышленные разъемы.
Сигналы, используемые для управления ПИП бывают как аналоговыми, так и цифровыми.
Аналоговое управление
Функция аналогового управления реализуется в ЛБП достаточно редко. Это связано с тем, что передача цифровых команд имеет более высокую информативность, а также надёжность из-за высокой помехозащищенности.
Однако наличие аналогового входа незаменимо, если:
- управляющий сигнал приходит в аналоговом формате;
- необходима быстрая реакция блока на изменение режима работы потребителя.
Для подводки аналогово сигнала используются "авиационные" разъемы GX12, клеммные колодки и разъемы BNC.
Ярким примером использования аналоговых управляющих сигналов является функция дистанционного измерения (зондирования). Она используется для контроля величины напряжения на удаленном потребителе и компенсации падения напряжения, возникающего в проводниках между выходными клеммами ИП и клеммами нагрузки.
Двухпроводной линии недостаточно для более сложного управления ИП. Поэтому для обмена большим числом сигналов используют разъёмы GX12 с девятью сигнальными линиями. Назначение контактов авиационного разъёма следующая:
1 – «+5VDC», опорное напряжение 5 В.
2 – аналоговый сигнал 0-5 В или сопротивление 0-5 кОм, что соответствует выходному напряжению 0-100% от номинального максимального.
3 – аналоговый сигнал 0-5 В или сопротивление 0-5 кОм, что соответствует выходному току 0-100 % от номинального максимального.
4 – «GND», общий земля.
5 – «Analog Ctrl», отвечает за включение/выключение режима управления. При наличии 0 В на этом входе, режим управления будет включен, при подаче на вход 5 В режим выключен.
6 – «Power supply OK», указывает на состояние ИП. Если устройство находится в защите или неисправен, то на выходе 0 В, в противном случае на выходе будет 5 В.
7 – сигнал определяет тип примененной стабилизации CV/CC. При подаче 5В ИП переходит в режим CV, при установке 0 В - в режим CC.
8 – контрольный выход фактического выходного напряжения. Сигнал 0-5 В, соответствует выходному напряжению 0-100 %.
9 – контрольный выход фактического выходного тока. Сигнал 0-5 В, соответствует выходному току 0-100%.
Однако назначение контактов у различных производителей отличается, поэтому сверяйте распиновку разъема по технической документации производителя устройства.
Цифровое управление
В связи с широким применением цифровой техники, логичным шагом стала разработка протоколов цифрового управления техникой. Обмен цифровой информацией позволяет отправлять на ПИП сложные наборы управляющих команд, а также в ответ принимать больше информации о состоянии ИП.
Для подключения цифровых устройств и контроля работы ПИП чаще всего используют разъемы COM и USB, реже – клеммные соединения.
Стандарт передачи данных
Стандарт передачи данных реализуется у каждого устройства индивидуально. Некоторые приборы имеют только один стандарт, некоторые – совмещают несколько из них. Рассмотрим ключевые стандарты, их преимущества и недостатки.
USB.Данный стандарт распространен не широко, в первую очередь, из-за требования: один порт - одно устройство, во-вторых, он является полудуплексом. Всё это накладывает определенные ограничения на построение комплексных установок. К преимуществам USB стандарта относится широкая распространенность интерфейса USB. Это делает ПИП, оборудованные USB-портами, доступными к использованию обычными пользователями.
RS-232. Стандарт использует разъемы типа DB-9. Он выдает полнодуплексную передачу данных, что обеспечивает быстрый отклик на изменение состояния одного из устройств. Однако RS-232 имеет ограничение по длине (до 15 м), в нем задействовано девять линий, обеспечивающих связь. Также как USB, этот стандарт поддерживает соединение «точка-точка».
RS-422. Стандарт также использует разъемы DB-9 и полнодуплексную передачу данных. Число линий связи сократилось всего до четырех. Благодаря использованию дифференциального сигнала, максимальная дальность линии связи многократно возросла (свыше 1 км). Также, это позволило использовать стандарт для подключения к одной шине до 10 приборов (только в режиме приёма).
RS-485. Стандарт поддерживает как полнодуплексную (4 линии), так и полудуплексную (2 линии) передачу данных и имеет такую же дальность стабильной связи, как и RS422. Преимущество RS485 стандарта – многоточечная топология, позволяющая объединять до 32 приборов на одном порту.
Ethernet. Стандарт с полнодуплексным типом передачи данных. Распространён в профессиональном и промышленном оборудовании. Используется для объединения неограниченного числа приборов под контролем одного компьютера. Для этого потребуются дополнительные сетевые устройства.
Для взаимодействия с БП требуется ведущее устройство (master), в качестве которого чаще всего выступает компьютер со специализированным программным обеспечением (ПО).
Существует два основных типа ПО для ПИП:
- официальное ПО от производителя оборудования;
- специализированное ПО от сторонних разработчиков.
Официальное ПО
Преимуществом использования официального ПО является его стабильность и надежность работы. ПО производителя содержит необходимые драйверы, оттестировано на отсутствие ошибок и совместимость с операционными системами различных версий. Программа от производителя используется, если её функциональный интерфейс достаточен для оператора.
Если оператор планирует использовать только официальное ПО, то при выборе ПИП необходимо уделить особое внимание возможностям, реализованным в программном обеспечении производителя.
При недостаточном функционале официального ПО или необходимости реализации расширенных возможностей по взаимодействию с прибором, а также необходимости обработки принимаемых от БП сигналов, используют специализированные программы.
Специализированное ПО
Специализированные программы используются для получения расширенного доступа к цифровому оборудованию, для приема и обработки получаемой от него информации. При этом существует два способа наладки связи с объектом: через драйвер, а также при помощи библиотеки VISA от компании National Instruments.
Наиболее простой способ взаимодействия с лабораторным блоком – отправка стандартных команд для программируемых инструментов. Команды пишутся на языке SCPI, что расшифровывается как Standard Commands for Programmable Instruments. Популярность SCPI обеспечивается за счет унификации основных команд для всего программируемого оборудования. Однако каждый производитель производит приборы с собственными функциональными особенностями, поэтому команды, отвечающие за дополнительный функционал, индивидуальны и называются специальными.
Наиболее доступным способом отправки SCPI команд на прибор является терминальная программа.
При необходимости реализации сложного взаимодействия, согласования работы нескольких приборов, а также эффективной организации обратной связи используются различные среды разработки. За счет мощного математического аппарата, обширного функционала и комьюнити, ведущую позицию занимают программные комплексы LabVIEW и MATLAB.
Часто практикуется написание собственных узкоспециализированных управляющих программ. Это позволяет:
- реализовать в собственном ПО только требуемый функционал;
- организовать работу и наладить обратную связь между несколькими приборами;
- согласовать работу оборудования, различающегося функционалом и управляющими командами;
- организовать требуемую обработку, анализ, хранение, а также удобное представление принимаемой информации.
Для написания, собственного специализированного ПО используются такие языки программирования как: Visual Basic, C#, Python, Delphi и другие.
Подведем итоги.
При выборе источника электропитания с возможностью его программирования необходимо уделить внимание:
- типу используемого управляющего сигнала (аналоговый или цифровой);
- стандарту передачи данных (USB, RS232, Ethernet и др.);
- функционалу, реализованному в официальном ПО;
- наличию драйверов или библиотек для организации связи с прибором.
После этого можно переходить к подбору по требуемым рабочим характеристикам: току, напряжению, точности регулировки видам реализованных защит и прочим.
Если Вам требуется недорогой ИП с достаточным встроенным функционалом в официальном ПО и возможностью связи через USB и RS-232, то обратите внимание на ЛБП от компании Korad:
- Korad KA6003P с характеристиками: 60В / 3А;
- Korad KA3010P с характеристиками: 30В / 10А;
- Korad KA6005P с характеристиками: 60В / 5А.
Довольно часто для электроснабжения потребителей требуются более высокие напряжения, чем обычно – 300, 500, 1000В. В этом случае можно выбрать ИП от производителя Hansheng Puyuan. Например, такие:
- Hansheng Puyuan HSPY-400-2.5 с номинальными параметрами 400В / 2,5А;
- Hansheng Puyuan HSPY-300-3 с номинальными параметрами 300В / 3А;
- Hansheng Puyuan HSPY-1000-01 с номинальными параметрами 1000В / 1А.
Для электропитания действительно экстремальной нагрузки с высокими значениями тока и напряжения подойдут мощные БП с функцией программирования такие, например, как:
- MAISHENG WSD-10H30 с номинальным напряжением до 100В и током 30А;
- Henghui HCP1023C с номинальным напряжением до 35В и током 111А;
- MAISHENG WSD-10H10H с номинальным напряжением до 100В и током 100А.
- Москва
- Санкт-Петербург
- Екатеринбург
- Новосибирск
- Краснодар
- Нижний Новгород
- Челябинск
- Пермь
- Воронеж
- Самара
- Казань
- Волгоград
- Ростов-на-Дону
- Саратов
- Тула
- Тюмень
- Уфа
- Абакан
- Архангельск
- Астрахань
- Барнаул
- Белгород
- Благовещенск
- Брянск
- Вологда
- Владивосток
- Владикавказ
- Владимир
- Волгоград
- Волгодонск
- Грозный
- Евпатория
- Иркутск
- Иваново
- Ижевск
- Йошкар-Ола
- Красноярск
- Калининград
- Кемерово
- Киров
- Кострома
- Кузнецк
- Курск
- Кызыл
- Липецк
- Майкоп
- Махачкала
- Мурманск
- Нальчик
- Нижний Тагил
- Новокузнецк
- Новороссийск
- Новый Уренгой
- Омск
- Оренбург
- Орёл
- Пенза
- Петрозаводск
- Петропавловск-Камчатский
- Псков
- Рязань
- Симферополь
- Саранск
- Саратов
- Севастополь
- Смоленск
- Сочи
- Ставрополь
- Стерлитамак
- Сургут
- Сыктывкар
- Тамбов
- Тверь
- Тольятти
- Томск
- Ульяновск
- Улан-Удэ
- Хабаровск
- Ханты-Мансийск
- Чебоксары
- Черкесск
- Чита
- Элиста
- Южно-Сахалинск
- Якутск
- Ярославль