Как работает измеритель источника в четырех квадрантах

Измеритель источника в четырех квадрантах - это электронный инструмент, способный как поставлять, так и поглощать напряжение и ток. Он охватывает все четыре квадранта графика напряжение-ток, что делает его незаменимым устройством для тестирования и характеристики двунаправленных устройств и компонентов. Это обеспечивает гибкость и точность, необходимые для широкого спектра приложений.

Что такое измеритель источника и зачем он нужен?

Измеритель источника (SMU) – это прибор, который объединяет в себе функциональность источника питания, цифрового мультиметра, генератора импульсов и электронного нагрузочного устройства. Это универсальный инструмент для тестирования электронных компонентов и устройств, позволяющий с высокой точностью измерять и одновременно подавать напряжение и ток. В отличие от обычных источников питания, которые могут только поставлять энергию, измеритель источника в четырех квадрантах может как поставлять, так и поглощать энергию, что критически важно для тестирования двунаправленных устройств, таких как солнечные панели, аккумуляторы и силовая электроника.

Четыре квадранта и их значение

График напряжение-ток (V-I) разделен на четыре квадранта, каждый из которых соответствует определенному режиму работы устройства:

• Квадрант I: Положительное напряжение, положительный ток (источник питания)
• Квадрант II: Положительное напряжение, отрицательный ток (поглощение тока, рекуперация энергии)
• Квадрант III: Отрицательное напряжение, отрицательный ток (источник питания, обратная полярность)
• Квадрант IV: Отрицательное напряжение, положительный ток (поглощение тока, рекуперация энергии, обратная полярность)

Традиционные источники питания работают только в первом квадранте. Измеритель источника в четырех квадрантах расширяет эту функциональность, позволяя работать во всех четырех квадрантах, что необходимо для комплексного тестирования современных электронных компонентов. Например, при тестировании аккумулятора измеритель источника в четырех квадрантах может заряжать аккумулятор (Квадрант I) и разряжать аккумулятор (Квадрант IV), а также измерять напряжение и ток в обоих режимах.

Принцип работы измерителя источника в четырех квадрантах

Измеритель источника в четырех квадрантах использует сложную систему управления питанием и обратной связи для обеспечения точного контроля напряжения и тока. Он может работать в различных режимах, включая:

• Режим постоянного напряжения (CV): Поддерживает заданное напряжение, регулируя ток.
• Режим постоянного тока (CC): Поддерживает заданный ток, регулируя напряжение.
• Режим постоянной мощности (CP): Поддерживает заданную мощность, регулируя и напряжение, и ток.
• Режим постоянного сопротивления (CR): Эмулирует постоянное сопротивление.

Благодаря обратной связи и микропроцессорному управлению, измеритель источника в четырех квадрантах может быстро и точно реагировать на изменения нагрузки и поддерживать стабильные параметры.

Применение измерителей источника в четырех квадрантах

Измеритель источника в четырех квадрантах находит широкое применение в различных областях, включая:

• Тестирование аккумуляторов: Заряд и разряд аккумуляторов, измерение емкости, определение характеристик циклического ресурса.
• Тестирование солнечных панелей: Измерение характеристик I-V, определение максимальной точки мощности (MPP), моделирование различных условий освещения.
• Тестирование светодиодов: Определение характеристик V-I, измерение светового потока, определение эффективности.
• Тестирование силовых полупроводников: Измерение параметров транзисторов, диодов, тиристоров в различных режимах работы.
• Разработка и тестирование источников питания: Характеризация эффективности, тестирование защиты от перенапряжения и перегрузки по току.
• Тестирование двунаправленных устройств: Таких как активные нагрузки, электронные предохранители и системы рекуперации энергии.

Выбор измерителя источника в четырех квадрантах

При выборе измерителя источника в четырех квадрантах следует учитывать следующие параметры:

• Диапазон напряжения и тока: Должен соответствовать требованиям тестируемых устройств.
• Точность и разрешение: Определяют точность измерений и возможность обнаружения малых изменений параметров.
• Скорость измерения: Важна для тестирования динамических характеристик устройств.
• Функциональность: Наличие необходимых режимов работы (CV, CC, CP, CR), возможность программирования и автоматизации тестирования.
• Интерфейсы: Наличие интерфейсов GPIB, USB, Ethernet для подключения к компьютеру и интеграции в автоматизированные системы тестирования.
• Производитель: Выбор надежного производителя с хорошей репутацией обеспечивает качество и долговечность прибора. Например, Shenzhen SCIEO Electronics Co.,Ltd (https://www.scieo.by/) предлагает широкий спектр измерительных приборов, включая измерители источника в четырех квадрантах.

Преимущества использования измерителя источника в четырех квадрантах

Использование измерителя источника в четырех квадрантах предоставляет ряд преимуществ:

• Универсальность: Заменяет несколько отдельных приборов, таких как источник питания, мультиметр и электронную нагрузку.
• Точность: Обеспечивает высокую точность измерений благодаря прецизионным схемам и микропроцессорному управлению.
• Гибкость: Позволяет тестировать широкий спектр устройств и компонентов в различных режимах работы.
• Автоматизация: Возможность программирования и интеграции в автоматизированные системы тестирования.
• Экономия времени и средств: Ускоряет процесс тестирования и снижает затраты на оборудование.

Пример использования: Тестирование солнечной панели с помощью измерителя источника в четырех квадрантах

Предположим, вам нужно протестировать солнечную панель для определения ее характеристик I-V и максимальной точки мощности (MPP). Вы можете использовать измеритель источника в четырех квадрантах следующим образом:

1. Подключите солнечную панель к измерителю источника.
2. Установите режим свипирования напряжения (Voltage Sweep).
3. Задайте диапазон напряжения от 0 В до напряжения разомкнутой цепи солнечной панели (Voc).
4. Задайте шаг изменения напряжения.
5. Запустите свипирование.
6. Измеритель источника будет изменять напряжение на солнечной панели и измерять соответствующий ток.
7. Постройте график I-V на основе полученных данных.
8. Определите максимальную точку мощности (MPP) на графике I-V.

Этот процесс позволяет быстро и точно определить характеристики солнечной панели и ее максимальную выходную мощность.

Сравнение параметров нескольких измерителей источника (пример)

*Примечание: Данные в таблице приведены для примера и могут отличаться от реальных характеристик конкретных моделей.

Заключение

Измеритель источника в четырех квадрантах является мощным и универсальным инструментом для тестирования и характеристики электронных компонентов и устройств. Он позволяет проводить комплексное тестирование двунаправленных устройств, обеспечивая высокую точность и гибкость. При выборе измерителя источника в четырех квадрантах важно учитывать требования конкретного применения и выбирать прибор, соответствующий необходимым параметрам и функциональности.