Agilent E3644A — программируемый источник питания постоянного тока 80 Вт

Agilent E3644A, позднее выпускавшийся под маркой Keysight E3644A, — одноканальный программируемый лабораторный источник питания постоянного тока мощностью 80 Вт. Прибор имеет два выходных диапазона: до 8 В при токе до 8 А и до 20 В при токе до 4 А.

Модель относится к семейству Agilent E3640A–E3649A и предназначена как для ручной работы на лабораторном столе, так и для применения в автоматизированных измерительных системах. В стандартную конфигурацию входят интерфейсы GPIB и RS-232, встроенные средства измерения напряжения и тока, режимы стабилизации напряжения и тока, дистанционное измерение напряжения на нагрузке и программируемые защиты.

E3644A особенно удобен для питания цифровых плат, микроконтроллеров, радиочастотных модулей, синтезаторов частоты, маломощных усилителей, приемников и другой аппаратуры, потребляющей сравнительно большой ток при напряжении до 20 В.

Основные характеристики Agilent E3644A

Параметр	Значение
Тип прибора	программируемый источник постоянного тока
Количество выходов	1
Максимальная выходная мощность	80 Вт
Первый диапазон	0–8 В, 0–8 А
Второй диапазон	0–20 В, 0–4 А
Режимы работы	CV и CC
Разрешение программирования напряжения	менее 5 мВ
Разрешение программирования тока	менее 1 мА
Разрешение считывания напряжения	менее 2 мВ
Разрешение считывания тока	менее 1 мА
Погрешность программирования напряжения	±(0,05% + 10 мВ)
Погрешность программирования тока	±(0,2% + 10 мА)
Погрешность считывания напряжения	±(0,05% + 5 мВ)
Погрешность считывания тока	±(0,15% + 5 мА)
Пульсации напряжения	менее 5 мВ пик-пик, 0,5 мВ RMS
Пульсации тока	менее 4 мА RMS
Интерфейсы	GPIB, RS-232
Командный язык	SCPI
Дистанционное измерение	клеммы Sense на задней панели
Защиты	OVP и OCP
Память настроек	5 пользовательских состояний
Габариты	212,6 × 88,5 × 348,3 мм
Масса	около 6,6 кг
Охлаждение	вентиляторное

Два диапазона выходной мощности

Главная особенность E3644A — два переключаемых выходных диапазона:

• 0–8 В при токе до 8 А;
• 0–20 В при токе до 4 А.

Прибор не является полностью авторегулируемым источником с непрерывной областью мощностью 80 Вт. Пользователь выбирает один из двух фиксированных диапазонов.

Низковольтный диапазон предназначен для нагрузок, которым требуется повышенный ток: цифровых плат, процессорных модулей, FPGA, приводов, нагревательных элементов и усилительных каскадов с низким напряжением питания.

Высоковольтный диапазон подходит для устройств с питанием 12–15 В, операционных усилителей, релейных модулей, преобразователей, аналоговых схем и части радиочастотного оборудования.

Например, источник может использоваться для питания:

• платы с напряжением 5 В и током до 8 А;
• радиочастотного усилителя с питанием 12 В и током до 4 А;
• PLL- или DDS-модуля с напряжением 3,3–5 В;
• автомобильного электронного блока с питанием 12–14 В;
• лабораторного прототипа с потреблением до 80 Вт.

Выбор диапазона выполняется с передней панели или дистанционно через GPIB и RS-232.

Режим стабилизации напряжения CV

В режиме CV — Constant Voltage источник поддерживает установленное напряжение, пока потребляемый нагрузкой ток не превышает заданное ограничение.

Инженер устанавливает два параметра:

1. необходимое выходное напряжение;
2. максимально допустимый ток.

Пока нагрузка потребляет ток ниже установленного ограничения, E3644A работает в режиме CV. При увеличении тока до заданного предела прибор автоматически переходит в режим стабилизации тока.

Такой принцип защищает исследуемое устройство при первом включении и при возможных ошибках монтажа.

Например, для проверки новой платы можно установить:

• напряжение 5 В;
• ограничение тока 0,3 А.

Если исправная плата должна потреблять около 100 мА, переход источника в CC сразу укажет на перегрузку, неправильную установку компонентов или короткое замыкание.

Режим стабилизации тока CC

В режиме CC — Constant Current источник уменьшает выходное напряжение настолько, чтобы ток не превышал установленного значения.

Режим CC полезен для:

• безопасного запуска неизвестной платы;
• питания светодиодов;
• зарядки некоторых типов аккумуляторов при внешнем контроле;
• проверки токовых цепей;
• поиска коротких замыканий;
• формирования контролируемого тока в резистивной нагрузке;
• испытания защитных схем.

E3644A автоматически переходит между CV и CC. Текущий режим отображается на передней панели.

Следует учитывать, что прибор является источником, а не электронной нагрузкой. Он способен отдавать ток, но не предназначен для активного поглощения энергии от подключенного устройства.

Стабильность при изменении нагрузки и сетевого напряжения

Стабилизация напряжения и тока у E3644A заметно лучше, чем у большинства недорогих лабораторных блоков питания.

Регулирование при изменении нагрузки и сетевого напряжения составляет приблизительно:

• напряжение — менее 0,01% плюс 3 мВ;
• ток — менее 0,01% плюс 250 мкА.

Это означает, что изменение потребляемого тока практически не влияет на установленное напряжение, если прибор остается в режиме CV и падение напряжения в соединительных проводах не становится значительным.

При резком изменении тока от полной до половинной нагрузки или обратно источник восстанавливает напряжение до отклонения не более 15 мВ менее чем за 50 мкс.

Такая динамика подходит для большинства аналоговых и цифровых схем, однако E3644A не является специализированным источником для моделирования аккумулятора мобильного устройства. При испытании оборудования с очень быстрыми импульсами тока следует отдельно контролировать напряжение непосредственно на выводах нагрузки.

Пульсации и собственный шум

Для моделей семейства с диапазонами 8 и 20 В заявлены следующие параметры пульсаций и шума в полосе от 20 Гц до 20 МГц:

• менее 5 мВ пик-пик;
• менее 0,5 мВ RMS;
• шум тока менее 4 мА RMS;
• ток общего режима менее 1,5 мкА RMS.

Такие характеристики позволяют использовать E3644A для питания чувствительных аналоговых и радиочастотных схем. Однако уровень шума источника необходимо оценивать с учетом требований конкретного устройства.

Например, для питания цифровой части прибора 0,5 мВ RMS обычно не представляет проблемы. Для малошумящего опорного генератора, VCO или входного усилителя измерительной системы может потребоваться дополнительный линейный стабилизатор и фильтр непосредственно на плате.

В радиочастотной аппаратуре рекомендуется разделять питание:

• цифровых микросхем;
• синтезатора;
• VCO;
• аналоговых усилителей;
• смесителей;
• выходного усилителя мощности.

Даже качественный лабораторный источник не устраняет шумы, возникающие внутри самого устройства из-за импульсных преобразователей, цифровых шин и токовых импульсов процессора.

Точность установки напряжения

Погрешность программирования напряжения составляет:

±(0,05% от установленного значения + 10 мВ).

Например, при установке 10 В предельная погрешность по этой формуле составляет:

10 В × 0,05% + 10 мВ = 15 мВ.

Следовательно, фактическое напряжение должно находиться приблизительно в диапазоне от 9,985 до 10,015 В при соблюдении условий спецификации и действующей калибровке.

Разрешение программирования напряжения составляет менее 5 мВ. Это не означает, что абсолютная точность также равна 5 мВ: разрешение определяет минимальный шаг изменения, а точность — допустимое отклонение реального значения.

Для схем, требующих напряжения с точностью в единицы милливольт, желательно измерять напряжение отдельным прецизионным мультиметром и учитывать падение на соединительных проводах.

Точность ограничения тока

Погрешность программирования тока составляет:

±(0,2% от установленного значения + 10 мА).

При ограничении 2 А допустимое отклонение может достигать:

2 А × 0,2% + 10 мА = 14 мА.

Такой точности достаточно для защиты большинства электронных устройств и для общих лабораторных задач. Однако E3644A не следует рассматривать как прецизионный источник тока для калибровки амперметров или измерения токов с микромперной точностью.

Минимальный программный шаг тока составляет менее 1 мА. Практическая точность на малых токах ограничивается постоянной составляющей погрешности в 10 мА.

Встроенное измерение напряжения и тока

E3644A имеет встроенные измерительные каналы напряжения и тока. Прибор может одновременно выполнять функции источника и базового измерителя выходных параметров.

Точность обратного считывания составляет:

• напряжение — ±(0,05% + 5 мВ);
• ток — ±(0,15% + 5 мА).

Результаты доступны:

• на дисплее передней панели;
• через GPIB;
• через RS-232;
• по SCPI-командам.

Встроенное считывание удобно для автоматизированного контроля, но не заменяет отдельный цифровой мультиметр при точных измерениях напряжения непосредственно на нагрузке.

Источник измеряет собственное выходное напряжение и ток. Для определения напряжения после длинного кабеля следует использовать дистанционное измерение Sense или отдельный мультиметр.

Дистанционное измерение напряжения Remote Sense

На задней панели расположены отдельные клеммы +Sense и –Sense. Они позволяют измерять напряжение непосредственно в точке подключения нагрузки и компенсировать падение на силовых проводах.

При токе 8 А даже небольшое сопротивление кабеля становится заметным. Например, суммарное сопротивление прямого и обратного проводников 50 мОм создаст падение:

8 А × 0,05 Ом = 0,4 В.

Без дистанционного измерения источник будет поддерживать заданное напряжение на собственных выходных клеммах, а устройство получит на 0,4 В меньше.

При подключении Sense источник измеряет напряжение непосредственно на нагрузке и увеличивает напряжение на выходных клеммах, компенсируя потери в кабеле.

Провода Sense практически не проводят ток, поэтому могут иметь небольшое сечение. Их рекомендуется:

• подключать непосредственно к силовым выводам нагрузки;
• скручивать между собой;
• прокладывать отдельно от импульсных и сетевых проводов;
• не подключать к произвольным точкам земли.

Слишком длинные силовые кабели и большая емкость нагрузки могут повлиять на устойчивость обратной связи. При появлении колебаний следует уменьшить длину кабелей, скрутить силовые провода и проверить емкость непосредственно на входе устройства.

Передние и задние выходные клеммы

E3644A имеет выходные клеммы на передней и задней панелях. Они электрически соединены параллельно.

Передние клеммы удобны для ручной лабораторной работы. Задние предназначены для установки прибора в стойку и подключения к автоматизированному стенду.

При работе с током, близким к 8 А, необходимо учитывать:

• допустимый ток проводника;
• сопротивление контактов;
• качество наконечников;
• нагрев клемм;
• падение напряжения в кабеле.

В руководстве для E3644A рекомендуется использовать несколько параллельных проводников при подключении полной нагрузки через заднюю клеммную колодку. Для постоянной работы на 8 А предпочтительны короткие провода увеличенного сечения и качественные обжимные наконечники.

Нельзя соединять передние и задние клеммы с разными нагрузками без понимания того, что они подключены к одному и тому же выходу.

Защита от перенапряжения OVP

Функция OVP — Overvoltage Protection отключает выход, если напряжение превысит установленный порог.

OVP защищает устройство при:

• ошибке установки напряжения;
• неисправности регулирующего контура;
• случайном выборе неправильного диапазона;
• ошибке программы автоматизированного стенда;
• переходном выбросе.

Порог OVP следует устанавливать выше нормального рабочего напряжения, но ниже максимально допустимого напряжения исследуемого устройства.

Например, для устройства с номинальным питанием 5 В и допустимым максимумом 5,5 В можно использовать:

• рабочее напряжение 5,0 В;
• OVP около 5,3–5,4 В.

Не следует устанавливать порог слишком близко к рабочему значению, поскольку кратковременные переходные процессы могут вызвать ложное срабатывание.

После срабатывания защита фиксирует аварийное состояние. Перед повторным включением необходимо устранить причину и очистить состояние защиты.

Защита по току OCP

E3644A поддерживает функцию OCP — Overcurrent Protection. Ее действие отличается от обычного ограничения тока.

При обычном ограничении источник переходит в CC и продолжает подавать на нагрузку заданный ток. При включенной OCP переход в режим ограничения тока рассматривается как авария, после чего выход отключается.

OCP полезна при работе с устройствами, которые не должны длительно находиться в состоянии перегрузки:

• микросхемами питания;
• маломощными радиочастотными модулями;
• прототипами печатных плат;
• чувствительными датчиками;
• устройствами с возможным коротким замыканием.

Для схем с большим пусковым током OCP может срабатывать ложно. В этом случае необходимо увеличить порог, использовать задержку на стороне управляющей программы или оставить обычный режим CC.

Память настроек

Источник имеет пять ячеек энергонезависимой памяти. В них можно сохранить рабочие состояния прибора, включая:

• выходной диапазон;
• напряжение;
• ограничение тока;
• состояние выхода;
• настройки OVP;
• настройки OCP.

Функция удобна при повторяющихся измерениях. Например, можно создать набор состояний:

1. 3,3 В для цифровой логики;
2. 5 В для основной платы;
3. 8 В для RF-модуля;
4. 12 В для усилителя;
5. безопасный режим 1 В с ограничением 100 мА.

Сохраненные настройки ускоряют работу и уменьшают вероятность ошибки оператора.

Управление с передней панели

Передняя панель E3644A ориентирована на традиционную лабораторную работу. Пользователь может:

• выбрать диапазон;
• установить напряжение;
• установить ограничение тока;
• включить и выключить выход;
• контролировать напряжение и ток;
• настроить OVP и OCP;
• сохранять и вызывать состояния;
• заблокировать органы управления.

Цифровая клавиатура отсутствует. Значения задаются кнопками выбора разряда и поворотным регулятором. Для разовых операций такой интерфейс достаточно удобен, но при частом вводе большого количества значений программное управление заметно быстрее.

GPIB и RS-232

В стандартную конфигурацию входят два интерфейса дистанционного управления:

• GPIB IEEE-488;
• RS-232.

Наличие GPIB делает E3644A удобным для использования в автоматизированных измерительных комплексах вместе с мультиметрами, анализаторами спектра, генераторами сигналов и электронными нагрузками.

RS-232 позволяет управлять прибором без GPIB-контроллера. Для современного компьютера обычно требуется качественный USB–RS-232-преобразователь.

Прибор не имеет штатных интерфейсов LAN и USB. При необходимости сетевого управления можно использовать внешний GPIB–LAN, GPIB–USB или RS-232–LAN-преобразователь.

Пример SCPI-команд

Для управления E3644A могут использоваться стандартные SCPI-команды.

Проверка идентификации:

*IDN?

Установка напряжения 5 В:

VOLT 5

Установка ограничения тока 2 А:

CURR 2

Включение выхода:

OUTP ON

Считывание напряжения:

MEAS:VOLT?

Считывание тока:

MEAS:CURR?

Выключение выхода:

OUTP OFF

Перед автоматическим включением нагрузки программа должна сначала задать диапазон, напряжение, ток и защиты, а только затем активировать выход.

В производственном стенде полезно после каждой команды считывать очередь ошибок прибора и проверять фактическое напряжение до запуска следующего этапа испытаний.

Применение в радиотехнической лаборатории

E3644A хорошо подходит для питания:

• синтезаторов частоты;
• DDS и PLL-модулей;
• генераторов сигналов;
• RF-переключателей;
• аттенюаторов;
• смесителей;
• драйверных усилителей;
• приемников;
• малошумящих усилителей;
• измерительных преобразователей;
• управляющих плат;
• одноплатных компьютеров;
• устройств на Raspberry Pi и FPGA.

Диапазон 0–8 В/8 А особенно удобен для цифровых плат и низковольтных усилителей. Диапазон 0–20 В/4 А подходит для аппаратуры с питанием 12 или 15 В.

При питании чувствительного VCO или опорного генератора рекомендуется использовать дополнительный малошумящий линейный стабилизатор непосредственно на плате. Длинные провода и общая земля с цифровой частью могут ухудшить фазовый шум даже при использовании качественного лабораторного источника.

Проверка усилителей мощности

Мощности 80 Вт достаточно для питания небольших и средних усилительных каскадов. Например, при напряжении 12 В источник может отдать до 4 А, то есть до 48 Вт постоянной мощности.

Однако при испытании RF-усилителя необходимо учитывать:

• пиковый ток;
• КПД усилителя;
• импульсный характер нагрузки;
• падение напряжения в проводах;
• возможную генерацию;
• обратную ЭДС от внешних цепей.

Для мощного импульсного усилителя E3644A может оказаться недостаточно быстродействующим. В таких случаях рядом с усилителем устанавливают локальные накопительные конденсаторы, а напряжение контролируют осциллографом непосредственно на выводах питания.

При возникновении RF-генерации ВЧ-сигнал может попадать в выходные провода и нарушать работу источника. Полезно применять ферритовые элементы, проходные конденсаторы и дополнительную фильтрацию.

Работа с цифровыми платами

При первом включении новой платы рекомендуется следующий порядок:

1. Проверить отсутствие короткого замыкания омметром.
2. Установить минимально допустимое напряжение.
3. Задать небольшое ограничение тока.
4. Включить выход.
5. Проверить режим CV или CC.
6. Контролировать нагрев компонентов.
7. Постепенно увеличить предел тока.
8. Проверить потребление во всех режимах работы.

Переход в CC сразу после включения обычно указывает на перегрузку. Однако причиной может быть и нормальный пусковой ток большого входного конденсатора.

Для плат с емкостной нагрузкой не следует сразу включать жесткую OCP без учета зарядного импульса.

Чего E3644A не умеет

Несмотря на развитое программное управление, E3644A является классическим лабораторным источником, а не современным анализатором питания.

В нем отсутствуют:

• встроенный регистратор длительных процессов;
• высокоскоростной дигитайзер тока;
• программируемый List mode;
• генерация произвольной формы напряжения;
• регулируемая скорость нарастания;
• штатный LAN;
• штатный USB;
• несколько независимых выходов;
• режим электронной нагрузки;
• четырехквадрантная работа;
• полноценная эмуляция аккумулятора.

Для измерения импульсного потребления мобильных устройств лучше использовать специализированный источник с быстрым измерителем тока. Для автоматической подачи последовательности напряжений потребуется управление с компьютера.

Преимущества Agilent E3644A

К сильным сторонам модели относятся:

• выходная мощность 80 Вт;
• ток до 8 А;
• два рабочих диапазона;
• низкие пульсации;
• хорошая стабилизация;
• быстрый переходный процесс при изменении нагрузки;
• точная установка напряжения;
• встроенное считывание напряжения и тока;
• режимы CV и CC;
• OVP и OCP;
• дистанционное измерение напряжения;
• передние и задние выходные клеммы;
• GPIB и RS-232 в стандартной конфигурации;
• поддержка SCPI;
• энергонезависимая память настроек;
• компактный корпус половинной ширины стойки.

Ограничения

К недостаткам можно отнести:

• только один выход;
• отсутствие LAN и USB;
• отсутствие List mode;
• отсутствие регистрации данных;
• невозможность поглощать ток;
• ограничение высокого диапазона током 4 А;
• зависимость точности напряжения на нагрузке от правильного подключения Sense;
• вентиляторное охлаждение;
• сравнительно большая масса;
• ограниченная точность измерения малых токов;
• отсутствие современной цветной графической индикации.

Для простых ручных измерений эти ограничения обычно некритичны. В сложном автоматизированном стенде может потребоваться внешний GPIB-контроллер, мультиметр и программа регистрации данных.

На что обратить внимание при покупке б/у E3644A

На вторичном рынке встречаются приборы под марками HP, Agilent и Keysight. Само название производителя не определяет техническое состояние: важнее год выпуска, наработка, условия эксплуатации и дата калибровки.

Проверка выходных диапазонов

Необходимо проверить оба диапазона:

• 8 В/8 А;
• 20 В/4 А.

В каждом диапазоне следует измерить:

• минимальное напряжение;
• половину диапазона;
• максимальное напряжение;
• работу без нагрузки;
• работу при полной нагрузке;
• переход между CV и CC.

Для проверки полной мощности потребуется электронная нагрузка или мощный резистивный эквивалент.

Проверка точности

Выходное напряжение желательно сравнить с калиброванным мультиметром минимум в нескольких точках:

• 1 В;
• 5 В;
• 8 В;
• 12 В;
• 20 В.

Ток проверяют электронной нагрузкой и внешним амперметром. Особое внимание следует уделять малым значениям, где основную роль играет постоянная часть погрешности.

Проверка пульсаций

Пульсации измеряют осциллографом через короткий земляной контакт, а не длинный провод стандартного щупа.

Полезно проверить источник:

• без нагрузки;
• при половинной нагрузке;
• при полной нагрузке;
• в обоих диапазонах;
• в режимах CV и CC.

Сильные пульсации могут указывать на старение электролитических конденсаторов, неисправность регулирующего каскада или плохой контакт внутри прибора.

Проверка Remote Sense

Следует убедиться, что прибор корректно компенсирует падение напряжения в кабеле и не переходит в генерацию с подключенной емкостной нагрузкой.

Также нужно проверить состояние перемычек локального измерения. При неправильном подключении Sense показания и выходное напряжение могут стать нестабильными.

Проверка интерфейсов

Для GPIB желательно проверить:

*IDN?

и несколько команд управления выходом.

Для RS-232 необходимо проверить скорость обмена, формат данных, кабель и режим управления потоком. Отсутствие ответа не всегда означает неисправность прибора: причиной часто является неправильная распайка кабеля или несовпадение параметров порта.

Проверка органов управления

Нужно проверить:

• поворотный регулятор;
• все кнопки;
• дисплей;
• индикаторы CV и CC;
• клавишу Output;
• сохранение настроек;
• блокировку панели;
• вентилятор;
• отсутствие перегрева.

Неравномерная работа энкодера и плохо срабатывающие кнопки типичны для приборов с большой наработкой.

Проверка сетевой конфигурации

E3644A выпускался в вариантах для разных сетевых напряжений. Перед подключением необходимо проверить установленную конфигурацию:

• около 100 В;
• около 115 В;
• около 230 В.

Подключение варианта на 115 В к сети 230 В может привести к серьезному повреждению прибора.

Agilent или Keysight

Компания Hewlett-Packard выделила измерительное направление в Agilent Technologies, а позднее это направление стало компанией Keysight Technologies.

Поэтому один и тот же E3644A может встречаться с логотипом:

• HP;
• Agilent;
• Keysight.

Основная электрическая архитектура и назначение прибора при этом остаются одинаковыми. Более поздний логотип не гарантирует лучшую точность или состояние, но часто указывает на более новый год выпуска.

При покупке следует ориентироваться на серийный номер, состояние, комплектность и результаты проверки, а не только на название бренда на передней панели.

Заключение

Agilent/Keysight E3644A — качественный одноканальный программируемый источник постоянного тока для лабораторных и автоматизированных измерений.

Два диапазона 8 В/8 А и 20 В/4 А делают его особенно удобным для низковольтной электроники, цифровых плат, радиочастотных модулей и устройств с питанием 12–15 В. Низкие пульсации, хорошая стабилизация, дистанционное измерение и полноценное управление по GPIB позволяют применять E3644A не только как обычный блок питания, но и как компонент измерительного стенда.

Модель не имеет современных функций регистрации данных, LAN и генерации последовательностей, однако для большинства классических задач радиоинженера ее возможностей достаточно.

При покупке подержанного экземпляра главное внимание следует уделить точности в обоих диапазонах, пульсациям, работе при полной нагрузке, состоянию выходных клемм, исправности Remote Sense и интерфейсов дистанционного управления.

SEO Title

Agilent E3644A — программируемый источник питания 8 В/8 А и 20 В/4 А

SEO Description

Технический обзор источника питания Agilent Keysight E3644A для радиоинженеров. Мощность 80 Вт, диапазоны 8 В/8 А и 20 В/4 А, точность, пульсации, CV/CC, OVP, OCP, Remote Sense, GPIB и RS-232.

Ключевые слова

Agilent E3644A, Keysight E3644A, источник питания 8 В 8 А, источник питания 20 В 4 А, лабораторный блок питания, программируемый источник питания, блок питания 80 Вт, GPIB источник питания, RS-232 источник питания, CV CC, OVP OCP, Remote Sense, источник питания для радиоинженера