Một bộ nguồn DC để bàn có thể đạt độ chính xác đặt áp tới 0,03 % và gợn sóng dưới 350 µVrms, nhưng vẫn làm hỏng phép thử nếu vật cần đo là một thiết bị có dòng tiêu thụ nhảy bậc — chẳng hạn một mô-đun vô tuyến bật máy phát. Trong khoảnh khắc dòng nhảy, điện áp tại chân thiết bị sụt xuống, và thiết bị có thể khởi động lại trước khi nguồn kịp bù. Đáp ứng quá độ nguồn DC là chỉ tiêu mô tả đúng khoảnh khắc đó. Bài viết đi qua cách chỉ tiêu này được định nghĩa, vì sao dây nối lại quan trọng ngang mạch điều khiển, và cách dựng phép đo bằng thiết bị có sẵn.
Đáp ứng quá độ nguồn DC được định nghĩa thế nào
Đây là chỉ tiêu dễ đọc sai nhất trong datasheet nguồn, vì nó gồm ba phần chứ không phải một con số. Với dòng Keysight E36200 Series, mục chỉ tiêu ghi rõ: thời gian phục hồi vào trong dải ổn định sau một bước tải từ 50 % lên 100 % và từ 100 % xuống 50 % tải đầy, với dải ổn định điện áp là 15 mV và thời gian nhỏ hơn 50 µs.
Ba phần đó phải đọc cùng nhau. “Nhỏ hơn 50 µs” vô nghĩa nếu không kèm dải 15 mV — phục hồi vào trong dải nào? Và cả hai vô nghĩa nếu không kèm biên độ bước tải: một bước 50 % → 100 % khác hẳn một bước 0 % → 100 %. Khi so hai nguồn của hai hãng, việc đầu tiên là quy về cùng điều kiện bước tải; nếu không, con số nhỏ hơn chưa chắc là nguồn tốt hơn.
Cần phân biệt chỉ tiêu này với hai chỉ tiêu hay bị lẫn. Thời gian ổn định khi lập trình mô tả nguồn mất bao lâu để đi tới một mức đặt mới — với E36200 Series là 50 ms khi tăng (cả có tải lẫn không tải), 30 ms khi giảm có tải và 100 ms khi giảm không tải, tính tới sai lệch 1 % của toàn dải thay đổi. Đó là đại lượng cỡ mili-giây, chậm hơn đáp ứng quá độ ba bậc độ lớn, vì nó liên quan tới vòng điều khiển đặt mức chứ không phải phản ứng với nhiễu loạn tải. Tốc độ đổi điện áp lại là thứ người dùng chủ động đặt: E36233A cho điều khiển từ 50 ms đến 15.000 s cho hành trình từ 0 tới điện áp tối đa.
Remote sense và sụt áp trên dây
Nguồn điều khiển điện áp tại nơi nó đo được. Ở chế độ nối hai dây, nơi đó là cọc đầu ra của máy — không phải chân thiết bị. Toàn bộ sụt áp trên cặp dây tải nằm ngoài vòng điều khiển, và sụt áp đó tỉ lệ với dòng. Với một bước tải 10 A trên cặp dây có điện trở tổng 20 mΩ, chân thiết bị mất thêm 200 mV mà nguồn hoàn toàn không biết. Con số này lớn hơn dải ổn định 15 mV hơn một bậc độ lớn — nghĩa là ở cấu hình hai dây, chất lượng đáp ứng quá độ của nguồn gần như không còn ý nghĩa.
Remote sense 4 dây giải quyết bằng cách đưa hai dây cảm biến riêng tới thẳng chân thiết bị. Vòng điều khiển khi đó khép kín tại điểm cần ổn định, và nguồn tự nâng điện áp đầu ra để bù phần rơi trên dây tải. Khả năng bù không vô hạn: E36200 Series quy định điện áp tối đa rơi trên mỗi dây tải là 0,7 V. Vượt ngưỡng đó thì phải giảm điện trở dây — dùng dây to hơn hoặc ngắn hơn — chứ không có thiết lập nào cứu được.
Ba lỗi lắp đặt thường gặp: đấu dây cảm biến vào cọc đầu ra thay vì chân tải (tưởng đã bật remote sense nhưng thực chất vẫn là hai dây); để hở dây cảm biến khiến vòng điều khiển mất điểm quy chiếu; và chạy dây cảm biến song song sát dây tải mang dòng xung, khiến nhiễu ghép vào đường cảm biến rồi được vòng điều khiển “sửa” thành dao động thật trên đầu ra. Dây cảm biến nên là cặp xoắn và tách khỏi dây tải.
Dựng phép đo: tải điện tử làm nguồn kích thích
Muốn đo đáp ứng quá độ thì phải tạo được bước tải có sườn dốc hơn nhiều so với thời gian phục hồi cần đo. Một điện trở đóng ngắt bằng rơ-le không đạt: thời gian đóng tiếp điểm cỡ mili-giây, quá chậm so với thang 50 µs, và còn kèm nảy tiếp điểm.
Tải điện tử lập trình được là công cụ đúng. Keysight EL34243A có hai đầu vào cách ly độc lập, mỗi đầu 150 V / 60 A / 300 W (tổng 600 W), với tốc độ đổi dòng điều khiển được — theo datasheet dòng EL30000, tốc độ tối đa điển hình khi dòng tăng từ 0 A lên 6 A là 400 kA/s. Sườn dốc như vậy tạo ra một bước tải gần lý tưởng so với thang thời gian của phép đo.
Hai lưu ý thực hành. Thứ nhất, tải điện tử cần một điện áp tối thiểu để dẫn được dòng đặt: với dải dòng cao và trung bình, điện áp làm việc tối thiểu điển hình là 1,5 V; với dải dòng thấp là 0,15 V. Thử nghiệm một đường nguồn 1,2 V ở dòng lớn vì thế không làm trực tiếp được. Thứ hai, EL30000 Series có chức năng số hóa điện áp và dòng và hiển thị như máy hiện sóng ngay trên máy, nên phép đo cơ bản không nhất thiết cần máy hiện sóng và que đo dòng rời.
Khi cần độ trung thực cao hơn — quan sát sườn phục hồi ở thang micro-giây, hoặc đo đồng thời nhiều đường nguồn — vẫn nên dùng máy hiện sóng với đầu dò chuyên cho đường nguồn, ghép AC và hệ số suy giảm thấp; đầu dò 10:1 thông thường có nền nhiễu quá lớn so với dải 15 mV cần quan sát.
Chọn nguồn Keysight theo yêu cầu quá độ
- Keysight E36233A — hai ngõ ra 0–30 V / 0–20 A, 200 W mỗi kênh, tổng 400 W; ghép nối tiếp được tới 60 V, ghép song song tới 40 A. Độ chính xác 12 tháng 0,03 % + 4 mV cho điện áp và 0,1 % + 6 mA cho dòng; gợn sóng dưới 4,5 mVpp (20 Hz–20 MHz). Đây là cấu hình phổ thông cho thử nghiệm mô-đun điện áp thấp dòng lớn.
- Keysight E36234A — hai ngõ ra 0–60 V / 0–10 A, tổng 400 W, ghép nối tiếp tới 120 V. Độ chính xác 0,03 % + 8 mV và 0,1 % + 3 mA; gợn sóng dưới 3,5 mVpp. Chọn bản này khi cần điện áp cao hơn thay vì dòng lớn hơn.
- Dải dòng thấp — cả hai model đều có dải đo dòng nhỏ với độ chính xác 0,25 % + 160 µA (E36233A) hoặc 0,25 % + 80 µA (E36234A), hữu ích khi cùng một thiết bị phải đo cả dòng nghỉ lẫn dòng đỉnh.
Với hệ thống nhiều đường nguồn cần bật theo trình tự và giám sát độc lập, kiến trúc nguồn mô-đun phù hợp hơn nguồn để bàn; bài nguồn DC lập trình đa kênh và kiến trúc N6700 bàn về lựa chọn đó.
Kết luận
Đáp ứng quá độ chỉ đọc được khi đọc đủ ba phần: dải ổn định, thời gian phục hồi và biên độ bước tải sinh ra nó. Nhưng ngay cả một nguồn đạt chỉ tiêu 15 mV trong dưới 50 µs cũng vô dụng nếu dây nối làm sụt vài trăm milivôn ngoài vòng điều khiển — nên remote sense 4 dây, đấu đúng tại chân tải và trong giới hạn 0,7 V mỗi dây, là điều kiện cần trước khi bàn tới chỉ tiêu của máy. Phép kiểm chứng thì cần một tải điện tử đủ dốc, vì không đo được thứ nhanh hơn kích thích tạo ra nó.
Techmaster Electronics là đại lý ủy quyền của Keysight tại Việt Nam, vận hành phòng hiệu chuẩn đạt ISO/IEC 17025 cho nguồn DC và tải điện tử. Để được tư vấn cấu hình đo hoặc đặt lịch hiệu chuẩn định kỳ, liên hệ hotline 0908 173 345.
