Применение имитатора низкокачественной сети питания для проверки радиоэлектронного оборудования

Введение

Как известно, новые образцы радиоэлектронного оборудования и электронных компонентов проходят комплексные испытания для подтверждения соответствия требованиям, указанным в ТЗ на изделие. Типичный перечень включает климатические, механические, специальные и многие другие виды испытаний. Наличие готового испытательного оборудования избавляет исполнителя от необходимости дополнительной разработки, что в конечном итоге ведет к существенной экономии времени и материальных средств.

В статье рассмотрен вопрос тестирования радиоэлектронного оборудования и электронных компонентов при наличии на входе изделия низкокачественного напряжения питания постоянного и/или переменного тока.

Как это выглядит на практике

Представим типичную ситуацию, возникающую при проведении ОКР: этапы проектирования, разработки РКД и изготовления опытного образца подошли к концу. В итоге мы имеем опытный образец, который необходимо тщательно проверить, чтобы выявить существующие недостатки и в дальнейшем их устранить. Для наглядности предположим, что мы занимаемся разработкой авиационного оборудования. Силовая часть борта воздушного судна генерирует напряжение питания с параметрами 3 ф. 36 В 400 Гц, 3 ф. 200 В 400 Гц. Бывают случаи, когда на борту имеется дополнительная сеть питания постоянного тока с напряжением 27 В.

Соответственно, первым этапом испытаний будет включение изделия, то есть подача на его вход первичной сети питания с параметрами, указанными в технических требованиях (техническом задании). И для проведения функциональных проверок логично использовать высокостабилизированные источники питания. Предположим, данная работа успешно завершена. Далее необходимо проверить стабильность работы изделия при условиях, близких к реальным, включая наличие всевозможных искажений питающего напряжения. Одно из возможных решений — создание испытательного оборудования, способного моделировать низкокачественные сети питания воздушного судна (или другого объекта). Однако по своей сложности такой процесс может быть сопоставим с разработкой требуемого изделия. В подавляющем большинстве случаев данный вариант нецелесообразен из­за временных и материальных ограничений. Безусловно, актуальность подобных проблем увеличивается с ростом технической сложности проектируемого изделия. Поэтому насущной задачей тестирования современных промышленных изделий является возможность заводской проверки стабильности их работы при наличии низкокачественного входного питания.

Типичные нестабильности параметров промышленных сетей питания

В таблице 1 представлены наиболее часто встречающиеся промышленные сети питания.

Есть и более специфические параметры питающей сети — например, 550 В постоянного тока — параметры питающего напряжения пассажирских трамваев.

Количественное описание допустимого разброса параметров входного электропитания приводится в технических требованиях, выставляемых заказчиком. Тем не менее существуют типичные нестабильности, характерные для большинства промышленных сетей питания постоянного и переменного токов.

Основные нестабильности сети питания постоянного тока:

• кратковременные провалы напряжения (включая падение напряжения до 0 В);
• кратковременные импульсы (выбросы) питающего напряжения;
• широкий разброс среднего (по времени) значения питающего напряжения за произвольно выбранный промежуток времени.

Основные особенности низкокачественной сети питания переменного тока:

• кратковременные провалы напряжения (включая падение напряжения до 0 В);
• кратковременные импульсы (выбросы) питающего напряжения;
• наложение ВЧ­шума;
• ограничение амплитуды напряжения;
• искажение формы сигнала;
• изменение амплитуды/частоты сигнала;
• существенные различия в параметрах питающего напряжения для разных фаз одной сети питания.

Эффективное решение поставленной задачи

Таким образом, определен основной вопрос, стоящий перед нами. Как провести комплексные испытания радиоэлектронного оборудования (в части стабильности его параметров при наличии на входе низкокачественной сети питания) в заводских условиях? Компания «ЭЛТЕХ» предлагает эффективное решение данной проблемы. А именно применение программируемых источников питания постоянного и переменного токов компании Ametek Programmable Power [1]. В зависимости от диапазона выходной мощности и перечня поддерживаемых функций все программируемые источники питания переменного тока разбиты на серии (табл. 2).

Детальное описание программируемых источников питания постоянного тока серии SG приведено в [2, 3].

Источники питания переменного тока обладают уникальными техническими характеристиками, многие из которых доступны в виде опций. Например:

• совмещение программируемых источников питания постоянного и переменного тока в одном изделии;
• возможность работы в режиме AC/AC+ +AC/DC (переменное напряжение питания с постоянной составляющей);
• наличие генератора сигналов сложной формы (подробное описание приводится ниже);
• встроенный анализатор параметров выходного питания;
• встроенный анализатор гармонических составляющих сигнала;
• гибкая настройка параметров журнала событий (log­файла).

Выбор необходимых опций производится в момент заказа оборудования. Это позволяет максимально гибко подстраивать конфигурацию будущей системы питания под требования заказчика.

Сводные технические характеристики программируемых источников питания переменного тока компании Ametek Programmable Power представлены в таблице 3 [1].

На рис. 1 показан внешний вид источников питания переменного тока серии i/iX.

Рис. 1. Внешний вид программируемых источников питания переменного тока серий i/iX

Удаленная работа

Управление программируемым источником питания возможно как с лицевой панели прибора, так и при помощи интерфейсов удаленного управления. При удаленном управлении работа с источником может осуществляться посредством командной строки или графического пользовательского интерфейса. Для работы пользователь по своему усмотрению выбирает один из доступных интерфейсов удаленного управления (табл. 1). При необходимости детального ознакомления с возможностями источников питания компании Ametek на официальном сайте компании [1] доступны для бесплатного копирования эксплуатационная документация и актуальная версия ПО на все оборудование компании. Дополнительно на сайте компании «ЭЛТЕХ» [4] можно найти свежие новости на русском языке о продукции, предлагаемых семинарах и другую полезную информацию.

Описание графического пользовательского интерфейса удаленного управления

Остановимся более подробно на графическом пользовательском интерфейсе удаленной работы. Его внешний вид представлен на рис. 2.

Рис. 2. Внешний вид графического пользовательского интерфейса для источника питания переменного тока 2253iX

Для ознакомления с возможностями графического пользовательского интерфейса интересующей модели источника питания предусмотрен режим симуляции работы. Данный режим позволяет выполнять все функции, доступные при работе с реальным источником питания (без его наличия).

Следует отметить, что графические пользовательские интерфейсы удаленной работы для различных серий программируемых источников питания переменного тока унифицированы. Это существенно облегчает обучение персонала при эксплуатации различных серий источников питания компании Ametek.

В верхней левой части пользовательского интерфейса присутствует окно, в котором можно задать частоту изменения выходного напряжения питания. При работе в многофазном режиме частота изменения напряжения для всех выходных фаз питания одинакова. Ниже находится окно задания значений выходного напряжения (действующего значения), ограничения выходного тока и начальной фазы для каждой из трех фаз отдельно (если мы работаем в однофазном режиме, данное окно изменяется для задания параметров одной фазы). В нижней части окна расположен выпадающий список с доступным выбором формы кривой выходного напряжения (можно указать для каждой фазы индивидуально).

В правой части графического интерфейса сверху вниз расположены следующие окна:

• замыкание/размыкание выходной цепи источника питания;
• выбор диапазона изменения выходного напряжения;
• выбор количества фаз выходного питания;
• окно выбора режимов защиты от перегрузки;
• окно выбора линии компенсации падения напряжения.

Подробное описание этих окон будет приведено в следующих статьях. При необходимости получения более подробной информации обращайтесь к инженерам компании «ЭЛТЕХ».

Командное окно графического пользовательского интерфейса содержит вкладки File, Source, Waveforms, Measurements, Options, Applications и Help.

Краткое описание назначения каждой вкладки приведено в таблице 4.

Возможности генератора сигналов сложной формы

Остановимся более подробно на возможностях встроенного генератора сигналов сложной формы. Программируемые источники питания переменного тока компании Ametek Programmable Power поддерживают два различных способа задания формы выходного сигнала. Первый из них связан с заданием параметров гармонических составляющих сигнала. Пользователь может задавать амплитуду и фазу с 1­й по 50­ю гармонической составляющей.

Рис. 3. Задание формы выходного сигнала путем ввода параметров гармонических составляющих сигнала

На рис. 3 показан пример задания формы выходного напряжения с параметрами, указанными в таблице 5.

Более подробное описание данного способа задания формы выходного сигнала будет приведено в последующих статьях.

Второй способ задания формы выходного сигнала связан с разбиением одного периода сигнала на дискретные точки и заданием уникального значения выходного напряжения в каждой из них (рис. 4).

Рис. 4. Задание формы выходного сигнала путем разбиения одного периода сигнала на дискретные точки

Рассмотрим этот способ более подробно. Один период колебаний напряжения разбивается на 1024 точки. Каждая точка характеризуется уникальным значением выходного напряжения, которое пользователь может задать по своему усмотрению. Данный редактор содержит и другие возможности по заданию формы сигнала. Одна из них — выбор формы сигнала, которую можно взять в качестве базиса (идеальная и модифицированная синусоида, а также треугольная форма импульса). Более того, пользователь может наложить на сигнал шумовую составляющую, изменяющуюся по квазислучайному закону. Амплитуда шумовой составляющей задается пользователем. Другая функциональная возможность редактора — задание ограничения амплитуды синусоидального сигнала. Уровень ограничения также указывает пользователь. С другой стороны, пользователь может выбрать область кривой, которую необходимо изменить, и, удерживая правую клавишу мыши, изменить ее форму. Выбранная точка кривой будет повторять перемещения курсора мыши, изменяя соседние области. Дополнительно окно управления содержит функциональные кнопки, позволяющие сохранять/загружать пользовательские настройки и выполнять другие операции.

Таким образом, при помощи встроенного генератора сигналов сложной формы мы можем создавать необходимые формы кривых напряжения для моделирования различных ситуаций, возникающих в электрических цепях питания. В следующем разделе мы рассмотрим способы задания выходной последовательности сложной формы (задание программы испытаний оборудования).

Задание пользовательской программы испытаний оборудования

Пользователь может задать требуемые выходные параметры и изменять их в ручном режиме либо с лицевой панели, либо с персонального компьютера. Другой вариант работы — предварительное задание выходной последовательности сложной формы. Графический пользовательский интерфейс содержит различные инструменты для решения этой задачи. Рассмотрим один из них — программный модуль Transient list editor (рис. 5). С его помощью можно пошагово назначить программу испытаний, определяя необходимые действия в каждой точке.

Рис. 5. Внешний вид программного модуля Transient list editor

Возможности по заданию программы испытаний вкладки Transient list editor представлены в таблице 6.

Рис. 6. Иллюстрация функции V Drop

Рис. 7. Иллюстрация функции V Step

Рис. 8. Иллюстрация функции V Srg/Sag

Рис. 9. Иллюстрация функции V Sweep

Рис. 10. Иллюстрация функции F Step

Рис. 11. Иллюстрация функции F Srg/Sag

Рис. 12. Иллюстрация функции F Sweep

Рис. 13. Иллюстрация функции VF Step

Рис. 14. Иллюстрация функции VF Sweep

Таким образом, пользователь обладает широким набором средств для моделирования различных ситуаций, которые могут возникнуть в промышленных сетях питания. Иллюстрация одной из программ испытаний авиационного оборудования, которую можно заказать в качестве опции к программируемым источникам питания переменного тока, представлена на рис. 15.

Рис. 15. Иллюстрация программы испытаний авиационного оборудования на соответствие требованиям стандарта Boeing 787B3-0147

Мы кратко рассмотрели вопрос моделирования низкокачественных промышленных сетей питания в заводских условиях. На этом возможности программируемых источников питания переменного тока компании Ametek Programmable Power не исчерпываются. В следующих статьях мы рассмотрим работу встроенного анализатора гармоник, модуля измерения параметров выходного сигнала и другие составные элементы.

Заключение

Вопрос комплексной проверки промышленного оборудования перед поставкой заказчику становится все более актуальным. Чем более полной будет программа заводского (лабораторного) тестирования, тем больше проблем удастся оперативно обнаружить и исправить. Все это снижает временные и материальные затраты разработчика при последующем внедрении нового оборудования. Особенно важен данный вопрос для оборудования, устанавливаемого на объекты с автономными генераторами электрической энергии (наземный, надводный, подводный, воздушный и другие виды транспортных средств). Это связано с низким качеством электрической энергии первичной сети питания. С другой стороны, малые, средние и крупные промышленные объекты также периодически сталкиваются с выходом из строя части встроенного оборудования из­за перепадов напряжения и других нестабильностей, возникающих в подводимой сети питания.

Для проверки радиоэлектронного оборудования на стабильность рабочих параметров рекомендуем использовать программируемые источники питания постоянного и переменного тока компании Ametek Programmable Power. Такие устройства позволяют существенно уменьшить время, затрачиваемое на комплексную проверку промышленного оборудования, что в свою очередь сокращает временной цикл разработки и производства нового изделия и экономит материальные ресурсы предприятия­разработчика.