AlimentatoriNon esiste uno standard condiviso tra i costruttori di alimentatori programmabili da laboratorio per definire le specifiche tecniche dei prodotti.

Vediamo di fare un po’ d’ordine tra quello che si può trovare nei data sheet per valutare quali sono i parametri da tenere in considerazione nella scelta in base alle proprie esigenze applicative.

Il punto di partenza è proprio quello di chiedersi quali sono le tensioni, le correnti e le potenze che l’alimentatore dovrà erogare nelle nostre attività di verifica e collaudo di un progetto.

Quali sarà la dinamica dei consumi dei dispositivi che andremo ad alimentare? Gli assorbimenti saranno pressoché costanti o potranno avere variazioni preventive?

Cercheremo di eseguire misure su correnti e tensioni assorbite con lo stesso alimentatori, oppure delegheremo le funzioni di misura a strumenti esterni specifici?

Una volta chiaritesi le idee sulle proprio esigenze, è ora di spulciare le schede tecniche dei prodotti che ci sembrano adatti.

A mero titolo di esempio, ci siamo permessi di sfogliare i data sheet degli alimentatori programmabili Agilent N6756A e Hameg HMP4040. Si tratta di due tipi di alimentatori piuttosto diversi e non in concorrenza tra loro, uno modulare che si può inserire in un sistema di collaudo automatico, l'altro in formato più classico da laboratorio. Il confronto ci consente di osservare come le diverse specifiche vengono riportate nelle rispettive schede tecniche.

Gamma di uscita in continua

La gamma ammessa dei valori in uscita rappresenta la specifica tecnica fondamentale di un alimentatore programmabile, indicata solitamente come DC Output Rating, che ci dice se l’alimentatore esaminato può oppure non può erogare le tensioni, le correnti e le potenze che ci servono.

Se anche uno solo dei valori che ci servissero nelle nostre attività di collaudo superasse i valori massimi ammessi dall'alimentatore, non ci resterebbe che scegliere un altro modello.

Tabella 1 - Gamma di tensione. corrente e potenza
Modello Tensione (V) Corrente (A) Potenza (W)
Agilent N6756A 0 - 60 0 - 17 500
Hameg HMP4040 0 - 32 0 - 10 384

 Autoranging oppure no?

Osservando i valori massimi erogabili di tensione, corrente e potenza, ci si può rendere subito conto se siamo di fronte a un alimentatore programmabile di tipo classico oppure di tipo autoranging (gamma automatica).

In sostanza, un alimentatore classico ha una caratteristica di uscita rettangolare, pertanto eroga la sua potenza massima solamente in corrispondenza del valore di corrente massima e del valore di tensione massima specificato.

Un alimentatore autoranging, invece, è un po’ più flessibile, e può erogare la sua potenza massima per diverse combinazioni di valori di tensione e corrente.

Verificare se abbiamo di fronte un modello autoranging è semplicissimo: basta osservare i valori di corrente massima erogabile e di tensione massima, se Vmax * I max > Pmax allora l’alimentatore è di tipo autoranging. Invece se il prodotto di corrente e tensione massima è uguale alla potenza massima dell’alimentatore, siamo di fronte a un modello classico.

Osservando le la gamme di tensione e corrente dell'alimentatore Agilent N6756A riportate nella Tabella 1, vediamo che Vmax=60 V, Imax=17 A, pertanto Vmax*Imax=1.002 W > Pmax=500 W.

Caratteristica alimentatori autorangingConcludiamo che l'alimentatore Agilent N6756A è di tipo autoranging. Eroga al massimo 500 W, ma con una combinazione di tensioni e potenze massime che può variare, ad esempio 10 A @ 50 V oppure 17 A @ 29 V, come si evince dalla caratteristica di potenza massima riportata qui a fianco.

 Osservando le la gamme di tensione e corrente dell'alimentatore Hameg HMP4040 riportate nella Tabella 1, vediamo che Vmax=32VImax=10 A, pertanto Vmax*Imax=320 W < Pmax=384 W. A prima vista ciò appare bizzarro. Come è possibile che il prodotti tra corrente e tensione massima sia inferiore al valore di potenza massima specificato nel data sheet?

L'arcano è presto svelato. Lo strumento Hameg HMP4040 è in realtà composto da 4 alimentatori semiindipendenti e osservando con più attenzione nella scheda tecnica troviamo la specifica riferita al singolo canale di alimentazione, per il quale Vmax=32VImax=10 A e Vmax*Imax=320 W < Pmax=160 W.

Pertanto, anche in questo caso siamo di fronte a un alimentatore autoranging, per il quale non viene però riportata la curva di potenza massima erogabile dal singolo canale, ma solamente l'indicazione del punto di potenza massima di 5 A @ 32 V. Inoltre, i quattro alimentatori semiindipententi presenti nello strumento Hameg HMP4040 devono anche sottostare all'ulteriore vincolo di sistema di non superare congiuntamente i 384 W di potenza massima erogata.

Rumore di uscita e ondulazione residua

Le specifiche sul rumore di uscita (output noise) o sull’ondulazione residua (ripple) possono essere riportate in modo molto diverso da un costruttore ad un altro.

Ricordiamo che il rumore di uscita si riferisce alle deviazioni assunte dalla tensione di uscita, che dovrebbe essere costante, rispetto al suo valore medio su una determinata larghezza di banda.

Le specifiche di rumore vengono spessp anche indicate con l'acronimo PARD (Periodic And Random Deviation).

Poiché il rumore è una grandezza per usa natura descrivibile solo statisticamente, tipicamente gli effetti del rumore sulla tensione o corrente di uscita erogata dall'alimentatore sono espressi in valore quadratico medio (RMS) oppure in valore picco-picco.

Il valore quadratico medio del rumore (misurato entro una determinata larghezza di banda), ci dà un'idea della potenza del rumore, mentre il valore di picco può essere fondamentale nel valutare i rischi di sovratensione, soprattutto quando si collega all'alimentatore un carico ad elevata impedenza. Onde evitare di confrontare le pere con le banane, ricordiamo che se la misura del rumore avviene su una larghezza di banda più larga, i valori di rumore saranno generalmente maggiori.

Quindi, se si confrontano due specifiche di rumore con larghezza di banda diverse, non è detto che il prodotto col valore misurato più alto sia necessariamente più rumoroso dell'altro, il confronto è possibile solo se la larghezza di banda e la configurazione di misura del rumore sono confrontabili. Infatti, scarse prestazioni di rumore potrebbero essere mascherate limitando la banda nella quale viene fatta la misura. Tipicamente, negli alimentatori si prende in considerazione il rumore in una gamma dell'ordine da 20 Hz a 20 MHz.

Inoltre, è importante ricordate che esistono due tipi fondamentali di rumore, quello di modo normale (tra polo positivo e polo negativo) e quello di modo comune (tra entrambi i poli positivo e negativo e un riferimento di massa).

Nelle schede tecniche degli alimentatori, se il tipo di rumore non è indicato, allora si intende quello di modo normale.

In molte applicazioni elettroniche, il parametro di riferimento del rumore più importante è quello picco-picco, e non necessariamente quello RMS, in quanto se si devono alimentare dei dispositivi sensibili, la presenza di un picco di tensione non desiderato potrebbe essere distruttiva.

Il valore quadratico medio del rumore in questo caso è meno significativo, poiché potrebbe comunque nascondere il potenziale rischio di una tensione di picco non sopportabile dal dispositivo che andremo a collaudare. Picchi di tensione di breve durata, infatti, non andrebbero a variare più di tanto il valore quadratico medio del rumore, ma potrebbero essere pericolosi.

Qualora venga anche specificato un valore per il rumore di modo comune, di solito questo viene espresso in Ampere, la corrente che scorre da uno dei terminali uscita verso massa a causa del rumore risulta più semplice da misurare.

Tabella 2 - Specifiche di rumore (PARD)
Modello Rumore di uscita
(Vrms)
Rumore di uscita
(Vpicco-picco)
Larghezza di banda
Agilent N6756A 1 mV 6 mV 20 Hz - 20 MHz
Hameg HMP4040 0,15 mV N/D 3 Hz - 100 kHz
Hameg HMP4040 1,5 mV N/D 3 Hz - 20 MHz

Effetto delle variazione del carico

L’efficacia della regolazione rispetto alle variazioni del carico (load effect/load regolation) rappresenta la variazione della tensione o corrente di uscita dal suo valore stazionario programmato in condizioni di circuito aperto a quelle del carico massimo ammesso per l’alimentatore.

Un numero piccolo indica che l’alimentatore non devia troppo dal suo valore di uscita programmato anche quando il carico varia notevolmente.

Tabella 3 - Regolazione rispetto alle variazioni di carico
Modello Tensione
Corrente Condizioni
Agilent N6756A 2 mV 5 mA Qualunque variazione
Hameg HMP4040 0,01% + 2 mV 0,01% + 0,25 mA 10%...90%

Tempo di risposta al transitorio di carico

L’altro parametro fondamentale da leggere insieme al precedente indica entro quanto tempo viene riassorbita la variazione di tensione o corrente rispetto al valore nominale a causa della variazione repentina del carico.

Il tempo di risposta (load transient recovery / transient response time) viene specificato in funzione di una banda di assestamento (settling band) entro la quale i valori di tensione o corrente devono rientrare per considerare esaurito il transitorio dovuto alla variazione del carico.

Solitamente il tempo di risposta viene specificato assumendo una determinata variazione percentuale del carico rispetto a quello massimo ammesso e/o viceversa.

Tabella 4 - Tempo di risposta al transitorio di carico
Modello Tempo di assestamento
Banda di assestamento Variazione di carico
Agilent N6756A 100 µs 90 mV da 50% a 100%
Hameg HMP4040 100 µs 10 mV da 10% a 90%

Effetto delle variazioni della linea di alimentazione

Soprattutto in applicazioni dove la tensione della rete elettrica può fluttuare, è importante verificare anche le specifiche di regolazione rispetto alla variazione delle tensione di alimentazione in alternata (line regulation/source regulation)

Accuratezza di programmazione

Siamo sicuri che quando programmiamo un valore di uscita, l’alimentatore lo eroghi veramente? Di quando si discosta il valore di tensione reale da quello programmato che vorremmo? Ce lo dice l’accuratezza di programmazione (programming accuracy / setting accuracy).

In molti casi l’accuratezza è specificata come percentuale della tensione di fondo scala (esempio 0,1% di Vmax) oppure come una percentuale a cui va aggiunto un offset (esempio 0,06% + 25 mV)

Solitamente la specifica descritta come percentuale + offset da una rappresentazione più realistica del comportamento dell’alimentatore. Inoltre, ricordate che il + è da intendersi in realtà come ±, anche se nel data sheet non è scritto specificatamente.

Infine, controllate che l’accuratezza di programmazione valga per tutte le interfacce di comunicazione. Può capitare che alcuni modelli specificano un’accuratezza diversa a seconda se il comando di programmazione venga impartito tramite LAN, USB o GPIB.

Tabella 5 - Accuratezza di programmazione
Modello Tensione
Corrente
Agilent N6756A 0,06% +25 mV 0,1% + 12 mA
Hameg HMP4040 0,05% + 5 mV 0,1% + 5 mA

Accuratezza di misura

Moltissimi alimentatori programmabili di laboratorio funzionano non solo come erogatori di energia, ma anche da multimetri semplificati per misurare la tensione e corrente veramente erogata al carico.

E' importante in questo caso verificare quanto potersi fidare delle misure verificando la relativa accuratezza (measurement accuracy / read-back accuracy), che solitamente viene espressa nel formato percentuale + offset.

Analogamente all'accuratezza di programmazione, anche per l'accuratezza di misura vale la pena controllare che sia la stessa per ogni interfaccia di comunicazione utilizzata e che si riferisca alle gamme di proprio interesse.

Tabella 6 - Accuratezza di misura
Modello Tensione
Corrente
Agilent N6756A 0,05% +25 mV 0,1% + 8 mA
Hameg HMP4040 0,05% + 2 mV 0,05% + 0,5 mA (fino a 500 mA)
0,05% + 2 mA (sopra i 500 mA)

Altri parametri

Naturalmente le schede tecniche degli alimentatori riportano numerosi altre specifiche tecniche, che caso per caso possono assumere altrettanta importanza a seconda della propria applicazione.

Ad esempio, nel caso di applicazioni di collaudo automatico diventa importante il tempo di risposta nel cambiare le impostazioni di erogazione, mentre nel caso di validazione di componenti e sistemi piuttosto delicati, diventa molto importante valutare le caratteristiche di intervento delle protezioni da sovratensione e sovracorrente.

Ora, non vi resta che scegliere l’alimentatore programmabile più adatto a voi, speriamo in modo più consapevole.

Categoria: Dr Volt

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