今年来,可编程交流电源广泛用于实施和支持许多产品测试程序。它们使测试工程师能够完全控制测试单元(UUT)的电压、频率和电流。可编程交流电源产品能够用于模拟交流和直流供电产品实际使用中可能出现的各种电源条件和出错情况。
针对的测试用户的特点和好处
1、交流电网输入和UUT输出之间的安全隔离;
2、可以将任何国家电网电压和频率转换为UUT的特定期望输出频率;
3、精确控制输出电压,包括线路和负载调节;
4、稳定可控的输出功率,不受任何交流线路输入波动或瞬时电压下降的影响;
5、从单相到三相、单相到分相或三相到单相的相位转换。
传统交流电源拓扑与设计
绝大多数可用的交流电源设计基于脉宽调制控制电路,并使用低频变压器在交流电源的输入和输出之间提供隔离。
这些PWM设计通常使用模拟控制电路来提供输出调节、电流限制功能和频率转换功能。虽然这是一个经过验证的设计,可以追溯到20世纪80年代初,但它充满了缺点,列出一些:
1、使用工频交流输入变压器提供电流隔离可显著增加产品的尺寸和重量,尤其是随着功率水平的增加。例如,考虑到变压器损耗,15kVA交流电源需要17kVA三相输入变压器,重量约63.5kg,使用这种设计的电源总重量可超过181.4kg。
2、使用输出变压器提供电流隔离会导致尺寸和重量的类似增加,并阻止产生直流输出能力。此外,此类输出变压器必须支持与可编程交流电源相关的宽频率范围,通常从45 Hz到1000 Hz或更高,需要更复杂和更昂贵的变压器设计。
3、模拟控制回路受离散元件变化和温度漂移的影响。这会对精度和稳定性产生负面影响,需要调整进行校准。
该拓扑的简化框图如图1所示。它显示了单相输入、单相输出源,但三相版本在设计上类似。
图1:传统交流电源拓扑
这些改进允许进行以下拓扑更改:
将用于隔离的交流输入变压器更换为有源功率因数校正的交流/直流转换级,然后更换带有电流隔离的甚高频直流/直流转换级,可显著减小输入级部件的尺寸和重量。
用单个高输出电压逆变器替换任何输出变压器或串联/并联输出逆变器级,既支持低压/大电流要求,也支持高压/低电流要求。
这种基于数字控制的拓扑结构如图3所示。
其他设计创新
使用来自不同行业背景的经验丰富的工程师团队开发干净的板材设计,在设计和施工方面带来了一些额外的创新。举几个例子:
1、通过使用机械分层结构和板之间的直接互连,消除容易发生故障的带状电缆和组件之间的互连;
2、单个高热质量散热器,兼作整个机组的结构机械支撑,以实现最大冷却的低气流,并降低可听见的风扇噪音;
3、使用多个联网DSP划分关键功能,同时提供更高级别的冗余;
4、多个DSP之间的高速差分模式串行通信总线,以增强抗噪性;