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可编程电源的功能

可编程电源的功能

   无论在实验室还是生产一线，电源设备无处不在。随着自动测试的不断增加，如今对可编程任意电源的需求也成了市场的主流。可编程任意电源广泛的应用于生产线和自动测试的领域，极大的提高了测试效率。为了满足各种需求，可编程任意电源的功能非常丰富，例如，任意波形电源，可调制电源也都是可编程任意电源的一种，可编程任意电源一般前面板布局简单、直观，操作非常方便，并且由于可进行程序控制，精度也高于一般电源。可编程任意电源一般配备了RS-232、USB或IEEE-488端口，可集成到自动化测试系统内，它们与其他可编程仪器可共同组成专业测试系统。
    一、什么是可编程电源
    可编程任意电源就是某些功能或参数可以通过计算机软件编程控制的电源。比如设置输出电压是多少，*大输出电流是多少，超过这个值则不能正常供电等等。例如，当超过*大输出电压的时候为恒流输出，当超过*大输出电流的时候，电源就变成了稳压源等等。“可编程”的意思是电源内部主要功能通过上位机设定状态字实现可控，大部分的电源是通过串口连接的。可通过通讯规约，设定“*大电流、*大电压、*大功率、实际电压”等等。可编程任意电源的主要指标是编程时间，编程精度，编程分辨率等等。
    二、基本功能
    可编程任意电源与普通直流电源一样，都有一路或几路输出，电压、电流均可以调节，通过数码管或液晶屏显示其数值，还可以通过选择串联或并联输出结构来获得更高电压或更高电流。某些电源设备采用悬浮式输出，可防止过载和短路发生。有些含有线性电压调节器，可提供低纹波的输出电压。大多仪器的电流极限均可调节，以保护相连负载。有些电源设有输出开关，需要开、关某一输出或所有输出时，只需按动按钮即可，不需要关闭仪器本身。另外，有些电源设备都采用了热保护设计，可以通过风扇控制温度。
    1、电源的基本工作模式
    电源的工作模式可分为恒压输出模式（CV），恒流输出模式（CC），串联模式，并联模式。其中，在恒压模式下，电源的输出电流随负载变化，以确保输出电压的恒定，在恒流模式下，电源的输出电压随负载变化，以确保输出电流的恒定。并联模式或串联模式的输出连接必须独立进行，而且一台电源设备的输出也可以连接另外一台电源设备的输出。为了获取更大的输出电压，可采取串联模式，为了获取更大的输出电流，可采取并联模式。（如图1、2所示）

图1 串联模式示意图

图2 并联模式示意图

    1）串联模式
    在串联模式下，由于电压相加（或相减），*大电流由设定值*小的电源设备决定，因而此时所有设备的电流都相等。
    2）并联模式
    为了提高输出的总电流大小，可采取并联方式。此时所有设备的输出电压都相同，大小由额定输出电压*低的电源设备决定，总电流为各并联支路的电流之和。
    如果所采用的电源设备规格相同，则在并联时请检查各电源设备上分配的电流是否平均，由于并联时流过各电源设备的电流大小相同，如果使用了其他类型的电源设备，在没有过载保护的条件下，此类电压可能会被电流损坏。
    2．限流和电子保险丝
    限流功能是大多数可编程任意电源均具备的一项功能，限流指允许不超过*大设定电流的电流通过，限流调整需要在使用测试电路之前完成，以避免由于短路等故障损坏电路。

如图3所示，在电压调节范围内，电压Vout保持不变，而电流可能升高到*大值Imax。当达到该值时，电压调节将变为电流调节，即使负载增加，*大电流仍然保持不变。相反，在发生短路时，输出电压Vout将会减小至零，而电流仍然保持恒定并处于Imax以内。因此，电源设备同时也是电流源设备，可使调整电流保持恒定。我们建议在连接被测电路之前，首先设定*大电流，以避免产生损坏。

图3 电压、电流调节示意图

    为了更好的保护敏感性负载，有些电源设备除了限流功能外，还都配备了电子保险丝，一旦电流达到Imax值，电路将以极快的速度断开输出，切断电流。
   三、更多功能
    1、跟踪功能
    在某些可编程任意电源中，有一种通道间联动的功能，即跟踪功能。跟踪功能指所有的输出同时被控制，并且通过保持电压与事先设定的电压一致，使它们都服从统一指挥。例如：如果电压1从10V变为12V，则电压2和3将随之从5V变为6V，电压4随之从20V变为24V。
    但是，如果其中一个处于领导位置的输出的*大电流存在极限值，而且输出电流达到该极限值时，则所有其他处于从属地位的输出电流也同时进入限流状态。如果设备中安装了电子保险丝，则到达该极限值的输出将被断开，进而其他处于从属位置的输出也全部被断开。
    2、感应（SENSE）模式——补偿导线本身电阻
    在普通模式下，电压通过导线直接加载在负载上，从而保持负载电压的稳定。由于负载电流会在连接导线上产生压降，因而实际负载电压应等于电源输出电压减去该压降。
    Vload ＝ Vout － Vcable（1）
    Vcable ＝ Iload × Rcable（2）
    在一些输出为低电压、大电流的场合，电源的输出连接导线上形成的压降已不能忽略。如电源设定输出为3.3V/1A，假设输出线的电阻是0.3欧，就会在导线上形成0.3V的压降，那么实际到达的电压变为3.0V，这足以导致被供电的单元不能正常工作。类似于万用表测电阻时的四线测量法，我们需要对导线压降进行补偿。为此，可使用SENSE端子直接测量负载两端电压（如图4所示）。由于SENSE导线中的电流很小，因而产生的电压降可以忽略，即电源设备感应的电压实际上就是真正的负载电压，这样电源设备将提高自己的输出，使其等于导线压降和所需负载电压之和，从而实现对于导线压降的补偿，使负载真正获得所设定电压值。另外，有些电源加入了回读功能也是为了补偿导线本身电阻。

图4 感应（SENSE）模式示意图

    3、任意波形电源
    有些可编程任意电源有任意波形编辑功能，即产生随时间变化的波形，例如德国惠美公司的HM8143，它相当于一台固定点数（如1024点）的任意波形发生器，即由固定对电压与时间间隔参数、列表对应产生，可生成低频范围内用户可自定义的波形，这个信号的频率由每个点之间的时间间隔确定。如图5所示。任意信号以数字形式生成，而且定义起来相当简单。通常，一个任意波形信号可包括各种大小不同的振幅，经过逐个处理后可以生成周期性重复波形。这些编程波形可以是单脉冲，也可以是重复连续的波形。编程输出电压，也可被外调制。信号在仪器规格允许的范围内可被自由定义，并可存储于仪器中。此类信号可通过RS-232、IEEE-488或者USB接口进行定义。
    4、调制
    某些可编程任意电源有外部调制功能，利用后面板上的端子，可对两组输出进行调制。例如，德国惠美公司的HM8143，高达1V/μs的调制斜率和在任意模式下100μs*小脉冲宽度允许生成复杂的负载特征。无论功率大小，线性输出组件的失真度都非常低，以便于进行外部调制。如图6所示。

图5 任意波形编辑功能

图6 外调制功能

四、小结
随着可编程任意电源功能的日益增强，使其在越来越广泛的领域中得到了应用，市场每一项新的需求都促使了新功能的推出。因此，在选择可编程任意电源时，需要考虑许多问题。如参数设置精度是否达到要求，输出范围是否合乎要求，通道数是否够用，编程软件是否方便快捷，通信接口是否满足控制系统的需要等等。

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