如何应对电压开关中常见的挑战

2012-10-08 10:02:37来源: 21ic
设计自动化的测试系统开关需要搞清楚要开关信号和要执行测试的特点。例如,在测试应用中承受开关电压信号的最合适的开关卡和技术取决于其涉及电压的幅值和阻抗。

中等大小电压的开关

中等大小电压应用(1V到200V)通常要把一个伏特计或电压源切换到多个器件,例如测试电池、电化电池、电路配件、热电偶等。切换多个电源和切换多个负载各自分别存在相应的问题。

一个伏特计到多个串联电源的开关

图1给出了切换伏特计到多个串联的30电压源(VS)的情形。为了避免其中一个或多个发生短路,必须在关闭一个通道之前打开另一个通道(操作前断开)。此外,要给每个电压源串联熔丝,避免超过卡的共模额定电压。在这个例子中,每个电源都是12V,整个串联电源的总电压为360V。最好采用至少500V的信道-信道额定电压和共模额定电压。

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图1:一个伏特计到多个串联电源的开关

一个电压源到多个负载的开关

图2给出了单个电压源连接多个负载的情形。如果两个或多个负载连接电源,那么由于流过公共阻抗(R)(例如测试引线和线路电阻)的电流影响,每个负载上的电压可能会小于期望值。随着额外负载的接入,总电流将会增大,从而提高了公共阻抗(R)上的电压降。

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图2:一个电压源到多个负载的开关

开关电阻

当把一个电压源切换到多个器件时,可能必须对开关电阻产生的电压降进行补偿。特别地,如果器件具有较低的电阻,流过开关的电流可能会产生较大的电压降。在远程检测中,负载上跨接了外部检测电路,这种方式有助于校正开关和布线上的所有电压降。

低压开关

当开关控制的信号电平为毫伏甚至更低时,采用特殊的技术有助于防止电压误差。这些误差可能来自于卡上或者连接线中的热电偏移电压、开关膜污染、磁场干扰或接地环路。

热电偏移电压

低电压卡的一项关键指标是它的接触电位,即热电偏移电压。热电电压是不同金属构成的结点上的温度差产生的电压,例如镍铁笛簧继电器与它们连接的铜导体之间。这种温度梯度主要由激励线圈的功耗引起的。这一偏移电压直接叠加到信号电压上,可以建模为一个不需要的电压源与目标信号串联。偏移电压会给待测器件(DUT)所施加的激励或伏特计测量的结果造成误差。

多种因素都会影响热电电压导致的卡的漂移电平,包括所采用的继电器类型(笛簧式、固态式或机电式)、线圈驱动技术(闩锁或非闩锁)以及用于触点电镀的材料(例如,镍合金或金)。

在笛簧继电器通电之后,它线圈上的功耗将使其温度上升几分钟,因此在触点闭合之后的几秒钟内完成低压测量是非常重要的。如果在闭合之后的几分钟时间内进行了很多测量,那么读数中将会加入不断增大的热电电压。热时间常数的大小可以从几秒到几小时不等。即使固态继电器没有线圈损耗,内部IR压降产生的热量仍然会产生热电漂移。闩锁继电器采用电流脉冲进行激励,因此具有很低的热电漂移。

与开关卡的连接也是一个产生发热电压的来源。我们应该尽量采用没有镀锡的铜线连接开关卡,并且保持所有引线处于相同的温度。可以采用一个短路通道构建零基值的方式对偏移电压进行补偿。但是,这种补偿方式并不理想,因为由于自热和环境温度的变化,偏移电压会随着时间发生变化。

在切换低电压同时又进行低电阻测量时,可以采用偏移补偿的方式抵消热电偏移电压,这需要利用两个不同的电流值进行两次电压测量。用两次电压测量结果的差除以两次测试电流的差,即可计算机出电阻的值:

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开关膜污染

随着时间的延长,继电器接触点的表面会形成一层污染膜,从而增大它的电阻,在低电压测量或供电情况下这会使得开关电压变得不稳定。>l00mV的电压通常不受这种污染的影响。采用固态开关式扫描卡可以防止这一问题。
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关键字:电压开关  测试系统  自动化

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/1008/article_6035.html
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