Источники для Испытательного и Измерительного оборудования

Термин Испытания и Измерения охватывает широкий спектр приложений. Фактически все сводится к измерению физических величин (ток, напряжение, температура и т.д.) в различных условиях эксплуатации (нормальных, пограничных или стрессовых), сохранению и анализу результатов.
Зачастую при измерении требуется гальваническая изоляция, поскольку объект находится или может находится на другом потенциале от испытательного и измерительного оборудования. Когда оборудования запитано от сетевого напряжения AC/DC конвертер обеспечивает гальваническую изоляцию, а установленный далее DC/DC обеспечивает разделение между входной шиной питания и мультиканальной системой измерения . Этот прием применяется для исключения взаимного влияния между входными каналами. Также использование DC/DC может потребоваться даже при батарейном питании.

Для питания датчиков в испытательном и измерительном оборудовании обычно необходимо биполярное напряжение для обеспечения работы операционных и высокоточных усилителей. Затем усиленный и отфильтрованный сигнал подается на вход АЦП, а цифровой поток с выхода проходит через цифровой изолятор. Аналоговые и цифровые входы требуют независимых шин питания 3,3 или 5В, полученных от магистральной 12 или 24В понижающим преобразователем.
Наконец использование цифровых изоляторов шин передачи данных (USB, CAN, GPIB и т.д.) зачастую обязательно для отсутствия замкнутых контуров заземления, безопасности и отказоустойчивости при единичных сбоях.

Спектр Контрольно-Измерительного оборудования достаточно широк - от настольных устройств до стоечного комплексов, с входным напряжением от 90 до 277В AC и более в случае промышленного оборудования. Для питания маломощных устройств от 3 до 20Вт, часто используются модули для монтажа на печатной плате, например, RAC03-K, RAC04-K / 277, RAC05-K / 480, RAC10-K / 277 и RAC20-K. При больших мощностях от 40 до 550Вт используются модули для монтажа на шасси, например RACM40-K, RACM60-K, RACM90-K, RACM230-G и RACM550-G. Зачастую в таких системах используется пассивное охлаждение, которые данные модули поддерживают, а RACM230-G и RACM550-G могут обеспечивать дополнительный отвод тепла от основания. В зависимости от модуля доступны различные сертификаты безопасности для разных сфер применения: EC / EN 61010, IEC / EN 62368, IEC / EN 60601, EN 60335. Также выполняются требования стандартов по ЭМС без использования внешних компонентов. Модули обладают малыми токами утечки, что может требоваться в контрольно-измерительном оборудовании и особенно критично для медицинских применений. Малый шум на выходе является дополнительным преимуществом AC/DC модулей компании RECOM.

Компания RECOM предлагает DC/DC конвертеры с исключительно высокой прочностью изоляции в компактных корпусах. Уникальные серии RHV2 и RHV3 обеспечивают 20кВ DC (12,5кВ AC/1 минута) в корпусе SIP16 для измерений в системах, где требуется высокая степень изоляции, например, ионные вакуумные насосы, рентгеновские установки и высоковольтные системы фильтрации загрязнений.

Серии REM обеспечивают изоляцию до 10кВ DC (5кВ AC/1 минута) и сертифицированы выдерживать 230В AC на изоляционном барьере в постоянном режиме. Доступны модели с выходной мощностью от 1 до 30Вт. Примером таких применений может быть обеспечение изоляции при измерении температуры с помощью термопары, присоединенной непосредственно к трансформатору, диоду, транзистору или конденсатору, находящемуся под сетевым напряжением.

В тестовом и измерительном оборудовании, требующем функциональной изоляции для отсутствия замкнутых контуров заземления или недопущения взаимного влияния в системах с малыми напряжениями, серия RKE предлагает лучшее сочетание производительности к стоимости, обеспечивая изоляцию 3, 4 или 6кВ.

Индустриальные шины CAN, RS-485 (ModBus) или GPIB часто используются для соединения датчиков, исполнительных механизмов, осциллографов и программируемых источников питания/нагрузок для создания автоматизированного испытательного оборудования (ATE) или диспетчерского контроля и сбора данных (SCADA ). В таких системах часто имеется большая разность потенциалов между линиями нуля, в особенности в высоковольтных, мощных или системах с длинными кабельными линиями. Как показано ниже, изолированный последовательный интерфейс, приемопередатчик CAN или USB интерфейс устраняет влияние разности потенциалов между модулями.

Изолированному приемопередатчику последовательной шины требуется источник питания с гальванической изоляцией. Как правило используется изолированный DC/DC конвертер, размещенный между изоляционным промежутком и запитанный от входного источника. Типичные комбинации входного и выходного напряжения составляют 3,3-3,3В, 5-5В, 3,3-5В.

Показанная ниже плата RECOM (R-REF03-CAN1) является готовым решением для быстрого создания прототипов систем с шиной CAN.

Множество датчиков обладают низковольтными выходами. Например, напряжение на термопаре может составлять 1мВ при 25°C. Усилители сигнала с термопар с большим коэффициентом чувствительны к синфазному шуму, поэтому требуется использование малошумящего источника питания. Пульсации типичного нестабилизированного DC/DC конвертера составляют 60-100мВ, что может оказывать влияние на процесс измерения. Для решения данной задачи, RECOM предлагает регулируемые DC/DC конвертеры с аналогичным расположением выводов, сочетающие преимущества изолированных DC/DC конвертеров и стабильность и малый шум линейного регулятора. Например, RIZX-0505 обеспечивает стабильный выход 5В с уровнем шума 30мВ (размах). Если этого недостаточно, использование простейшего фильтра позволяет снизить уровень шума до 2мВ для создания малошумящего -68дБ изолированного источника.

Обычные линейные регуляторы являются надежным и бюджетным решением при понижении входного напряжения до уровней, подходящих для питания ТТЛ и КМОП логики, но КПД является достаточно низким, что ограничиваем максимальный выходной ток из-за больших потерь и рассеивания тепла. Импульсные DC/DC конвертеры преобразуют входные 24В в 5В с током 1А, потребляя всего 208мА по входу – это в 4 раза меньше, чем требовалось бы линейному регулятору. Таким образом использование импульсных регулятором или изолированных DC/DC конвертеров более эффективно в многоканальном контрольно-измерительном оборудовании.

Зачастую DC/DC конвертер простейшее, недорогое и наиболее эффективное решение для получения биполярной шины питания. Компания RECOM предлагает широкий спектр решений с биполярными выходами (±5, ±12 или ±15В), подходящими для организации питания операционных усилителей. Доступны модели с выходной мощностью от 250мВт, для питания малопотребляющих устройств, до 40Вт для больших многоканальных систем.

Примером применения является измерение тока в преобразователе на высокой стороне. Поскольку измерительный резистор непосредственно подсоединен к высокому AC или DC напряжению, используется изолированный операционный усилитель для измерения падения напряжения на шунте. Потенциал выхода изолированного биполярного источника питания не соединен с общей землей (0Viso) и может быть непосредственно присоединен ко входу усилителя.