Tipos de fontes de alimentação mais comuns

Basic types of power supplies based on different design principles:

Linear power supplies

Linear regulated power supplies provide highly constant output voltage, low ripple and noise and fast regulation, even with high line and load transients. They produce significantly less electromagnetic interference than switchedmode power supplies. A conventional mains transformer isolates the power-line from the secondary circuits (output stages). It is followed by a rectifier that supplies the unregulated voltage to a series actuator. Capacitors at the input and output of the regulator circuit serve as buffers and decrease the ripple.

A high precision reference voltage controls the analog output amplifier. This amplifier is generally fast and allows very short recovery times for load changes.

R&S Essentials linear power supplies: R&S®NGA100, R&S®NGL200, R&S®NGM200, R&S®NGU201/401.

Switched-mode power supplies (SMPS)

SMPS, e.g. R&S®NGP800, have much higher efficiency than linear regulated power supplies. In a first step, the line voltage is rectified. Due to the high input voltage, buffer capacitors with a small capacitance can be used. In a second step, the DC voltage to be converted is chopped at a high frequency.

This takes place in the switching transistor and requires only comparatively tiny and light ferrite chokes or transformers with low losses. The switching transistor is switched fully on and off, hence switching losses are low. The output voltage is usually regulated by changing the duty cycle of the switching transistor. A rectifier and low-pass filter improve the output quality.

Mixed architecture power supplies

Different combinations of the above basic designs are in use. For example, the R&S®NGE100B power supplies use a mains transformer at the input, followed by a rectifier and switched-mode circuitry to regulate the output voltage, providing high efficiency. A linear stage reduces unwanted signal components at the output. Another example for mixed achitecture is the R&S®HMP2000/4000.

Quadrantes das fontes de alimentação CC

Se a corrente fluir para o terminal de tensão positiva, a fonte de alimentação atuará como uma carga eletrônica. Ela estará consumindo energia em vez de estar fornecendo energia. Os instrumentos que funcionam tanto como fonte quanto como coletor podem simular baterias ou cargas; eles são chamados de fontes de alimentação de dois quadrantes (ou de quatro quadrantes). As fontes de alimentação especializadas da Rohde & Schwarz arquitetura de dois e de quatro quadrantes. Os instrumentos comutam automaticamente do modo fonte para o modo coletor. Quando a tensão aplicada externamente excede a tensão nominal definida, a corrente flui para a fonte de alimentação, o que é indicado pela leitura de uma corrente negativa.

A arquitetura das fontes de alimentação pode ser totalmente definida através da utilização um sistema de coordenadas cartesiano. Os quatro quadrantes mostram todas as combinações de tensões e correntes positivas e negativas. A figura abaixo ilustra um sistema de coordenadas com tensão no eixo vertical e corrente no horizontal.

Conforme mencionado acima, as fontes de alimentação padrão normalmente geram tensão apenas de polaridade positiva (ou seja, funcionam no primeiro quadrante), por exemplo, entre 0 V e 20 V. Se uma fonte de alimentação puder fornecer tanto tensão positiva quanto negativa em seus terminais de saída sem precisar trocar a fiação externa, ela será chamada de fonte de alimentação bipolar e funcionará nos quadrantes 1 e 3, fornecendo tensões entre –20 V e +20 V, por exemplo. Tais instrumentos podem ser usados, entre outras coisas, para testar o comportamento característico de semicondutores em relação a tensões bipolares no ponto 0 V.

As fontes de alimentação que podem operar nos quadrantes 1 e 3 geralmente também dispõem de funcionalidade de coletor para tensões e correntes positivas e negativas. Elas podem operar em todos os quatro quadrantes e são chamadas de unidades de medição e alimentação (SMUs). No primeiro e no terceiro quadrante, a corrente flui para fora do terminal de tensão; o instrumento está fornecendo energia. No segundo e no quarto quadrante, a corrente flui para o terminal de tensão; o instrumento está coletando energia.

Canais com faixas de tensão idênticas

A maioria das fontes de alimentação da Rohde & Schwarz dispõem da mesma faixa de tensão em todos os canais. Isso significa que não faz diferença qual canal você escolhe para uma aplicação específica. Cada canal pode ser considerado como uma fonte de alimentação à parte.

Ripple e ruído

Circuitos eletrônicos avançados e complexos são muito sensíveis a variações de tensão nas linhas de alimentação. Para minimizar a interferência durante a alimentação de dispositivos em teste (DUTs), as fontes de alimentação devem fornecer tensões e correntes de saída extremamente estáveis. Idealmente, uma saída deve ser isenta de variações de tensão. Na prática, existem dois tipos de variação que podem afetar o circuito ou o dispositivo: variações periódicas (ripple) e variações aleatórias (ruído), também chamadas de desvios periódicos e desvios aleatórios (PaRD). As fontes de alimentação lineares apresentam ripple de alta frequência significativamente menor se comparadas com as fontes de alimentação no modo chaveado.

As fontes de alimentação especializadas, bem como algumas fontes de alimentação básicas, como a R&S®NGA100, aplicam regulação de tensão linear para ter ripple e ruído residuais mínimos.

O projeto linear dos estágios de saída torna possível fornecer tensão de baixa interferência para projetos sensíveis, como os semicondutores complexos. Valores baixos de ripple e de ruído também são perfeitos para o desenvolvimento de amplificadores de potência e MMICs.

Impedância de saída variável

As saídas das fontes de alimentação especializadas podem ser configuradas de várias maneiras. Por exemplo, parâmetros como a impedância de saída, um atraso de ativação e diferentes modos de trigger podem ser definidos. As fontes de alimentação devem ter uma impedância de saída tão baixa quanto possível para evitar efeitos de carregamento no dispositivo em teste. No entanto, existem aplicações que precisam da simulação de baterias de forma controlada, ou da simulação do aumento da impedância interna conforme a bateria descarrega. As fontes de alimentação R&S®NGL200, R&S®NGM200e R&S®NGU201são compatíveis com essas aplicações com impedância de saída ajustável.