ベンチトップDC電源は、電気技術者や回路設計者が研究室や現場で回路システムに電源を供給し、テストするために使用する標準的なテスト・計測機器です。しかし、ベンチ電源は具体的に何をするもので、どのようにして用途に適したベンチ電源を見つけることができるのでしょうか？今から、詳しく説明していきます。
ベンチ電源とは？
ベンチ電源はDC（直流）電圧を供給して、回路基板や電子製品などのテスト対象機器を動作させます。ベンチまたは実験室用電源は、その名の通り、技術者の作業エリアやベンチに置かれることが多いです。以下の動画で、ケースレーの専門家がベンチ電源の概要を簡単に解説します。
ベンチ電源の基本
ベンチ電源の必要性
エンジニアや回路設計者がテスト対象機器（DUT）であるデバイスをテストする場合、特定の電圧または電流でそのデバイスを動力供給する必要があります。ベンチ電源を使用することで、エンジニアは特定の電圧を設定し、動力供給してDUTを動作させ、デバイスが意図した通りに動作しているかを確認できます。もし動作しない場合は、トラブルシューティングを行い、再度テストすることができます。
ベンチ電源を選ぶベンチ電源の種類
ベンチトップ電源には多くの種類がありますが、一般的に3つのカテゴリーに大別されます。シングルチャンネルとマルチチャンネル、バイポーラとユニポーラ、リニアとスイッチング電源です。
シングル vs マルチチャンネル電源
その名が示すように、シングルチャンネル電源は制御可能な1つの出力を持っていますが、マルチチャンネル電源は2つ以上の出力を持っています。マルチチャンネル電源は、デジタルとアナログの回路、またはバイポーラ回路を持つデバイスの開発に一般的に使用されます。
バイポーラ vs ユニポーラ電源
ユニポーラ電源は正電圧のみを供給することができます。技術的には、エンジニアが電源に接続されたリードを切り替えて負電圧を供給することも可能ですが、バイポーラ電源は正電圧領域と負電圧領域の両方で機能します。バイポーラ電源はより多様な電力アプリケーションに対応できますが、より高価で複雑な使用法が必要なため、多くのエンジニアはDC電力アプリケーションにユニポーラ電源を選択します。
リニア vs スイッチング電源
リニア電源は、非常に低いノイズと少ない信号干渉で高精度の測定を可能にします。しかし、通常、重く大きく、効率が悪い状態で電力を提供します。一方、スイッチング電源はよりコンパクトで、より多くの電力を供給しますが、高周波ノイズが発生しやすく、測定の精度が低い傾向にあります。スイッチング電源は、電力密度が問題になる場合によく使用されます。これは、低フットプリントでかなり高いワット数を得ることができるためです。一方、リニア電源は、デリケートなアナログ回路を動力供給する必要があるアプリケーションで使用されます。
ベンチ電源の選び方
適切な電源を選択し、その機能や特徴をより深く理解することで、エンジニアはテストを迅速に実施し、実験室でより正確な測定を行うことができます。ベンチ電源を購入する際に考慮すべき要素は多数ありますが、以下が最も重要なものです。
- プログラム可能な電源を検討する
- 正しい電力制限を持つベンチ電源を選択する
- リモートセンス電圧モニター機能を持つベンチ電源を選択する
- 適切な応答時間で反応するベンチ電源を探す
長時間または複雑なテストを実施する際に、電圧値やカレントリミットを手動で設定することは、貴重な時間の無駄遣いにつながる可能性があります。幸いなことに、多くのベンチ電源には基本的なプログラムを可能にするテストシーケンス機能が備わっています。テストシーケンス機能を使用することで、エンジニアは電圧値、カレントリミット、およびステップごとの時間をプログラムできます。これは、複数の事前定義された出力電圧とタイミングで複雑なテストを実行し、電源の設定を手動で調整することなく、オペレーターが品質の高い測定により集中できるようにする簡単な方法です。
非常に多くの場合、DC電源は最大電圧と最大電流によって分類されます。これは適切な電源を見つける際に非常に役立つ情報ですが、電力制限にも注意を払うことが重要です。
例えば、2260B-30-72は最大で30Vまたは72Aを供給できますが、電力制限は720Wです。これは、電源が30Vを供給できることを意味しますが、電力制限があるため72Aではないことを意味します。以下の公式を使用することで、エンジニアは生成される電力を決定できます。
ほとんどの場合、この公式から計算される電力がベンチ電源の電力制限よりも低ければ、通常通り運用することができるはずです。
最も正確な電圧供給のためには、リモートボルトメーターまたはリモートセンス機能を備えたベンチ電源の使用が推奨されます。この機能により、テストリードに沿った電圧降下を補償することで、入力端子ではなくDUT（テスト対象機器）において、クリーンな電圧読み取りが可能になります。最も標準的な約3フィートのテストリードは約50 mΩの抵抗を持ち（ペアで約100 mΩ）、低抵抗のDUTを使用する際にリード上でかなりの電圧降下が発生する可能性があることを考慮するのが重要です。
急激に変化する電圧や負荷でテストを実施している場合、応答時間は重要です。応答時間とは、電源が設定電圧まで上昇（立ち上がり）または下降（立ち下がり）するのにかかる時間です。この時間は負荷によってしばしば異なることを念頭に置いてください。
立ち上がり時間は、電源が値の10パーセントから90パーセントまで上昇するのにかかる時間のことです。立ち下がり時間はその逆で、値の90パーセントから10パーセントまで下がるのに必要な時間です。
過渡回復時間は、負荷が適用された後に電源が設定レベルに戻るまでに必要な時間の長さです。これは一意に提示するためのより複雑なパラメータで、通常、いくつかのパラメータで説明されます。電圧設定範囲、過渡回復時間、および負荷電流のステップ変更などです。例えば、Keithley 2200シリーズのベンチ電源は、次の負荷過渡回復時間スペックを持っています。「0.1 Aから1Aへの変更後75 mV以内になるまで<400 μs」これは、もし電流負荷が0.1 Aから1 A（負荷電流のステップ変更）に変わる場合、電源は設定電圧（電圧設定範囲）の75 mV以内に400 μs未満（過渡回復時間）で戻ることを意味します。
ベンチ電源の使い方
ベンチ電源の使用は非常に簡単です。これらの機器は、機器パネルに挿入されるリードを介してDUT（テスト対象機器）に接続します。フロントパネルを使用して、エンジニアはDUTを動力供給するための電圧や電流レベルを設定できます。ほとんどのベンチ電源は、定電圧モードと定電流モードの2つのモードで操作できます。
定電圧（CV）モードと定電流（CC）モードの操作
ベンチトップ電源の重要な機能は、定電流（CC）モードと定電圧（CV）モードの両方で操作できる能力です。CVモードでは、電源はユーザー設定に基づいて出力電圧を調節します。CCモードでは、電源は電流を調節します。電源には、CVモードまたはCCモードで適用される異なる仕様があり、これはユーザー設定と負荷の抵抗によって決定されます。ある時点では、電圧または電流のいずれかが電源によって調節され、機器の精度内で設定と一致します。
CVモードでは、出力電圧は機器の精度仕様内で電圧設定と一致します。電流は負荷のインピーダンスによって決定されます。
CCモードでは、出力電流は電流制限設定と一致します。電圧は負荷のインピーダンスによって決定されます。
これらの値はオームの法則を使用して決定できます。特に注意深く行う場合は、抵抗計算にテストリードも含めることができます。
電源を並列および直列で運用する
テストにより多くの電力が必要な場合、複数のベンチ電源を並列または直列に接続して、利用可能な電圧や電流を増加させることができます。
直列運用：電圧を増加させるために、一つの電源の正の出力を別の電源の負の出力に接続し、残りの正と負の出力をDUTに接続します。
並列運用：電流を増加させるために、両方の正の出力をDUTの一方の端子に、両方の負の出力をDUTの他方の端子に接続します。
ただし、出力を組み合わせる際にリモートセンス機能を使用する場合は、電源の取扱説明書を必ず読んでください。特定の構成や異なる2つの電源を使用する場合には、直列や並列運用が可能でない場合があります。
用途に最適なベンチ電源または特殊用途の電源を見つける
ベンチ電源についての詳細情報は、ベンチ電源セレクターガイド、またはDC電源のコレクションをご参考にご覧ください。また、用途に適したベンチ電源に関してご不明な点ございましたら、Tektronixの専門家にお気軽にご相談ください。
