Mikrokontroler.pl - portal dla elektroników

W pierwszej części artykułu o sztucznym obciążeniu IT8513C+ omówiono podstawowe funkcje przyrządu. Nie wyczerpują one możliwości tego urządzenia. Na liniach produkcyjnych równie często będą wykorzystywane pomiary dynamiczne, symulacja diod LED, pomiar pojemności akumulatorów czy testy OCP i OPP.

Pomiary dynamiczne

Oprócz pomiarów statycznych sztuczne obciążenie IT8513C+ umożliwia prowadzenie pomiarów dynamicznych. Użytkownik definiuje dwie wartości przełączanego parametru (prądu, napięcia, mocy lub rezystancji) oraz częstotliwość przełączania. Po uruchomieniu pomiaru „Tran” sztuczne obciążenie zmienia swoją oporność tak, aby były spełnione założone warunki (rys. 8). Zmiany stanu mogą być wywoływane automatycznie, ręcznie, może też być wygenerowany pojedynczy impuls. Odmianą trybu „Tran” jest tryb „List”, w którym definiowany jest bardziej złożony ciąg zdarzeń (rys. 9).

Rys. 8. Przebieg prądu w trybie „Tran”

Rys. 9. Przebieg prądu w trybie „List”

Test baterii

Sztuczne obciążenie IT8513C+ może być wykorzystywane do testowania pojemności baterii lub akumulatorów. Do takiego pomiaru przewidziano specjalny tryb pracy – „Battery” uruchamiany przyciskiem. Wcześniej konieczne jest przełączenie opcji Runmode->Battery w setupie. Urządzenie pracuje jak w trybie CC (z utrzymywaniem stałego prądu), ale dodatkowo uruchomiony jest wewnętrzny zegar mierzący czas pomiaru. Parametrami testu jest natężenie prądu pobieranego z baterii i końcowe napięcie, do jakiego ma się rozładować bateria. Definiowany jest także maksymalny czas pomiaru, który jeśli nie decyduje o przerwaniu testu, musi być ustawiony z wystarczającym zapasem. Po osiągnięciu minimalnego napięcia obciążenie jest automatycznie odłączone, by ewentualnie nie uszkodzić akumulatora. W czasie wykonywania testu liczony jest iloczyn prądu i czasu wyznaczający mierzoną pojemność akumulatora. Wartość ta pozostaje zamrożona na wyświetlaczu po zakończeniu pomiaru.

Pomiar pojemności baterii lub akumulatora przebiega w warunkach zbliżonych do naturalnych. Możliwe jest takie dobranie prądu rozładowania, aby odpowiadał on prądowi pobieranemu z akumulatora w urządzeniu, w którym jest on zwykle wykorzystywany. Niestety, może się to wiązać z bardzo długim czasem testu wynoszącym kilkanaście, a nawet kilkadziesiąt godzin.

Załączanie napięciem (funkcja VON)

W sztucznym obciążeniu IT8513C+ zaimplementowano kilka dodatkowych funkcji, które mogą być wykorzystywane do badania specyficznych parametrów różnych urządzeń. Jedną z nich jest funkcja VON załączająca obciążenie do obwodu zewnętrznego dopiero po przekroczeniu zadanego napięcia na zaciskach. Przed pomiarem należy nacisnąć przycisk ON/OFF i sprawdzić czy jest podświetlony. Świecenie się tego przycisku nie musi jednak w tym trybie oznaczać aktywności obciążenia, co łatwo można sprawdzić kontrolując prąd. Funkcja VON ma dwa warianty pracy: „Living” i „Latch”. Po wybraniu opcji „Living” obciążenie jest dołączane do obwodu po przekroczeniu napięcia progowego i stan ten trwa do chwili spadku napięcia poniżej tej wartości. W tym momencie obciążenie jest odłączane, chociaż przycisk ON/OFF nadal jest podświetlany. Opcja „Latch” powoduje natomiast dołączenie obciążenia na tej samej zasadzie, ale nie jest ono rozłączane nawet po spadku napięcia poniżej wartości progowej. Odłączenie obciążenia następuje dopiero po naciśnięciu przycisku ON/OFF. Zasadę działania funkcji VON zilustrowano na rys. 10a i b.

a 

b 

Rys. 10. Przebieg pomiaru z włączoną funkcją VON a) w trybie „Living”, b) w trybie „Latch”

Praca w trybie OCP i OPP

W sztucznym obciążeniu IT8513C+ uwzględniono dwa dodatkowe tryby pracy – testy OCP i OPP. Są one wykorzystywane do testowania zabezpieczeń nadprądowych i nadmocowych stosowanych w urządzeniach. Zabezpieczenia te powinny odłączać obciążenia od wyjść po przekroczeniu zdefiniowanych granicznych parametrów. Test przebiega następująco: po wykryciu wzrostu napięcia powyżej wartości VON i dodatkowo po upływie zadanego opóźnienia (może być ono równe zero) prąd w obwodzie zaczyna wzrastać z ustalonym krokiem (amplituda i czas trwania kroku są definiowane). Od tego momentu napięcie powinno spadać. Wynik testu jest pozytywny (Pass), jeśli napięcie spadnie poniżej zdefiniowanego poziomu VOCP w przedziale czasu, w którym prąd osiąga natężenie z podanego zakresu (max trip i min trip). Na rys. 11 przedstawiono przykładowy przebieg testu OCP.

a 

b 

Rys. 11. Test OCP a) wynik pozytywny, b) wynik negatywny

Bardzo podobnie działa test OPP. W odróżnieniu od testu OCP badane jest w nim nie napięcie lecz moc wydzielana w obciążeniu.

Symulacja diody LED

Technika oświetleniowa rozwija się w ostatnich latach oraz szybciej. Czas żarówek klasycznych jest już raczej policzony i prawdopodobnie niebawem całkowicie odejdą one do lamusa. Tymczasem nawet przyszłość żarówek energooszczędnych, będących bezpośrednim konkurentem dla żarówek klasycznych, nie jest tak świetlana, jak można by sądzić. Postęp technologiczny spowodował, że potrafimy już produkować diody świecące dużej mocy, których parametry pozwalają na stosowanie tych elementów w zestawach oświetleniowych. Powstała też konieczność opracowania odpowiednich metod pomiarowych wykorzystywanych do testowania wyrobów na liniach produkcyjnych.

Jednym z trybów pracy sztucznego obciążenia IT8513C+ jest test LED. W pewnym uproszczeniu symuluje się w nim zachowanie diody LED zasilanej napięciem z podanego zakresu. Parametrem pomiaru jest napięcie włączenia diody U_D i rezystancja diody w stanie aktywnym. Przyjęto przy tym, że rezystancja ta jest stała w badanym zakresie napięcia zasilającego. Ostatecznie charakterystykę prądowo-napięciową sztucznego obciążenia pracującego jako symulator diody LED dołączonej do napięciowego źródła zasilania przedstawiono na rys. 12.

Rys. 12. Charakterystyka symulowanej diody LED

Gniazda

Na płycie czołowej umieszczono zaciski przeznaczone do łączenia sztucznego obciążenia ze źródłem napięcia lub prądu. Z tyłu natomiast dostępne są gniazda zdalnego sterowania, wyzwalania zewnętrznego oraz gniazdo połączeń 4-przewodowych (tzw. połączenie kelwinowskie). 4-przewodowe połączenie jest niezbędne w pomiarach małych oporności lub w pomiarach obwodów, w których występują duże prądy. Spadki napięć na przewodach połączeniowych wprowadzają wówczas istotne błędy pomiarowe. W rezultacie zmierzone napięcie wykorzystywane do obliczeń jest pomniejszone o sumaryczny spadek napięcia na przewodach. W połączeniu 4-przewodowym pomiar napięcia jest realizowany za pomocą wydzielonych kabli, przez które nie płynie duży prąd (oporność wewnętrzna woltomierza jest z definicji bardzo duża). Schemat połączeń 4-przewodowych przedstawiono na rys. 13.

Rys. 13. Schemat stanowiska pomiarowego z połączeniami 4-przewodowymi

Zdalne sterowanie

Sztuczne obciążenie IT8513C+ jest przystosowane do zdalnego sterowania za pośrednictwem komputera. Wykorzystywane do tego celu gniazdo komunikacji szeregowej RS232 jest – podobnie jak inne gniazda – umieszczone z tyłu. W urządzeniu zastosowano zmodyfikowany interfejs, w którym występują sygnały o poziomach TTL. Zachowano natomiast typową ramkę 8,n,1 transmitowaną z szybkościami: 4800, 9600, 19200 lub 38400 b/s. Interfejsem przesyłane są do obciążenia komendy wysyłane z komputera. Mają one postać komunikatów tekstowych, dzięki czemu napisanie odpowiedniej aplikacji sterującej nie wymaga ani specjalnych umiejętności, ani nie zabiera dużo czasu. Urządzenie może być też sterowane zdalnie na zasadzie wysyłania poszczególnych komend z dowolnego terminala znakowego. Producent udostępnia specjalny adapter IT-E131 umożliwiający połączenie obciążenia IT8513C+ z dowolnym komputerem.

Parametry

Sztuczne obciążenie IT8513C+ charakteryzuje się bardzo dobrymi parametrami technicznymi gwarantującymi uzyskiwanie dokładnych, wiarygodnych wyników pomiarów. Najważniejsze dane techniczne przedstawiono w tab. 1. Zaimplementowane zabezpieczenia dobrze chronią badane urządzenia jak i samo obciążenie przed możliwością uszkodzenia w trakcie pomiarów. Prosty interfejs użytkownika wykorzystujący wyświetlacz alfanumeryczny VFD sprawia, że obsługa przyrządu jest względnie prosta. Pewnym utrudnieniem może być dość duża liczba jednocześnie działających nastaw. Są one wybierane w dwóch wielopoziomowych, rozwijanych listach „System” i „Config”. Zawsze należy mieć świadomość tego, które zabezpieczenia i ograniczenia są włączone, gdyż mogą one mieć wpływ na pomiary. Jeżeli się o tym zapomni, niektóre reakcje badanych urządzeń można przypisywać im zamiast uaktywnianym w danych okolicznościach zabezpieczeniom. Dobrą praktyką jest zerowanie wszystkich opcji i przywracanie wartości domyślnych parametrów przed przystąpieniem do każdego pomiaru. Menu „System” i „Config” przedstawiono na rys. 14.

a 

b 

Rys. 14. Menu sztucznego obciążenia a) „System”, b) „Config”

Tab. 1. Najważniejsze dane techniczne sztucznego obciążenia IT8513C+

Jarosław Doliński