可編程電源應(yīng)用與選型詳解

可編程電源就是某些功能或參數(shù)可以通過計算機軟件編程控制的電源。比如設(shè)置輸出電壓是多少，最大輸出電流是多少，超過這個值則不能正常供電等等。本文首先介紹了可編程電源的作用及工作模式，其次闡述了可編程電源在汽車電子產(chǎn)品脈沖測試及各類測試系統(tǒng)中的應(yīng)用，最后介紹了可編程電源選型考量的12大因素，具體的跟隨小編來了解一下。

可編程電源的作用

1、跟蹤功能

在某些可編程任意電源中，有一種通道間聯(lián)動的功能，即跟蹤功能。跟蹤功能指所有的輸出同時被控制，并且通過保持電壓與事先設(shè)定的電壓一致，使它們都服從統(tǒng)一指揮。例如：如果電壓1從10V變?yōu)?2V，則電壓2和3將隨之從5V變?yōu)?V，電壓4隨之從20V變?yōu)?4V。但是，如果其中一個處于領(lǐng)導(dǎo)位置的輸出的最大電流存在極限值，而且輸出電流達到該極限值時，則所有其他處于從屬地位的輸出電流也同時進入限流狀態(tài)。如果設(shè)備中安裝了電子保險絲，則到達該極限值的輸出將被斷開，進而其他處于從屬位置的輸出也全部被斷開。

2、感應(yīng)（SENSE）模式——補償導(dǎo)線本身電阻

在普通模式下，電壓通過導(dǎo)線直接加載在負載上，從而保持負載電壓的穩(wěn)定。由于負載電流會在連接導(dǎo)線上產(chǎn)生壓降，因而實際負載電壓應(yīng)等于電源輸出電壓減去該壓降。Vload = Vout － Vcable（1）Vcable = Iload × Rcable（2）在一些輸出為低電壓、大電流的場合，電源的輸出連接導(dǎo)線上形成的壓降已不能忽略。如電源設(shè)定輸出為3.3V/1A，假設(shè)輸出線的電阻是0.3歐，就會在導(dǎo)線上形成0.3V的壓降，那么實際到達的電壓變?yōu)?.0V，這足以導(dǎo)致被供電的單元不能正常工作。類似于萬用表測電阻時的四線測量法，我們需要對導(dǎo)線壓降進行補償。為此，可使用SENSE端子直接測量負載兩端電壓。由于SENSE導(dǎo)線中的電流很小，因而產(chǎn)生的電壓降可以忽略，即電源設(shè)備感應(yīng)的電壓實際上就是真正的負載電壓，這樣電源設(shè)備將提高自己的輸出，使其等于導(dǎo)線壓降和所需負載電壓之和，從而實現(xiàn)對于導(dǎo)線壓降的補償，使負載真正獲得所設(shè)定電壓值。另外，有些電源加入了回讀功能也是為了補償導(dǎo)線本身電阻。

3、任意波形電源

有些可編程任意電源有任意波形編輯功能，即產(chǎn)生隨時間變化的波形，例如德國惠美公司的HM8143，它相當于一臺固定點數(shù)（如1024點）的任意波形發(fā)生器，即由固定對電壓與時間間隔參數(shù)、列表對應(yīng)產(chǎn)生，可生成低頻范圍內(nèi)用戶可自定義的波形，這個信號的頻率由每個點之間的時間間隔確定。任意信號以數(shù)字形式生成，而且定義起來相當簡單。通常，一個任意波形信號可包括各種大小不同的振幅，經(jīng)過逐個處理后可以生成周期性重復(fù)波形。這些編程波形可以是單脈沖，也可以是重復(fù)連續(xù)的波形。編程輸出電壓，也可被外調(diào)制。信號在儀器規(guī)格允許的范圍內(nèi)可被自由定義，并可存儲于儀器中。此類信號可通過RS-232、IEEE-488或者USB接口進行定義。

4、調(diào)制

某些可編程任意電源有外部調(diào)制功能，利用后面板上的端子，可對兩組輸出進行調(diào)制。例如，德國惠美公司的HM8143，高達1V/μs的調(diào)制斜率和在任意模式下100μs最小脈沖寬度允許生成復(fù)雜的負載特征。無論功率大小，線性輸出組件的失真度都非常低，以便于進行外部調(diào)制。

可編程電源的工作模式

電源的工作模式可分為恒壓輸出模式（CV），恒流輸出模式（CC），串聯(lián)模式，并聯(lián)模式。其中，在恒壓模式下，電源的輸出電流隨負載變化，以確保輸出電壓的恒定，在恒流模式下，電源的輸出電壓隨負載變化，以確保輸出電流的恒定。并聯(lián)模式或串聯(lián)模式的輸出連接必須獨立進行，而且一臺電源設(shè)備的輸出也可以連接另外一臺電源設(shè)備的輸出。為了獲取更大的輸出電壓，可采取串聯(lián)模式，為了獲取更大的輸出電流，可采取并聯(lián)模式。

1）串聯(lián)模式在串聯(lián)模式下，由于電壓相加（或相減），最大電流由設(shè)定值最小的電源設(shè)備決定，因而此時所有設(shè)備的電流都相等。

2）并聯(lián)模式為了提高輸出的總電流大小，可采取并聯(lián)方式。此時所有設(shè)備的輸出電壓都相同，大小由額定輸出電壓最低的電源設(shè)備決定，總電流為各并聯(lián)支路的電流之和。 如果所采用的電源設(shè)備規(guī)格相同，則在并聯(lián)時請檢查各電源設(shè)備上分配的電流是否平均，由于并聯(lián)時流過各電源設(shè)備的電流大小相同，如果使用了其他類型的電源設(shè)備，在沒有過載保護的條件下，此類電壓可能會被電流損壞。

可編程電源應(yīng)用

1、汽車電子產(chǎn)品脈沖測試

某國際知名品牌汽車電子產(chǎn)品生產(chǎn)商使用此可編程電源進行產(chǎn)品的電壓脈沖測試實驗，用其驗證產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性；

采用可編程直流電源，內(nèi)置符合汽車電子領(lǐng)域標準的常用測試波形，省去測試前繁瑣的編輯時間；測試工程師可以自行調(diào)整波形的參數(shù)，使其輸出不同測試等級下的波形；

該測試波形對電源的電壓上升、下降有嚴格要求，而全天科技可編程直流電源在此項上擁有國家專利，完全滿足測試需求；

該測試波形用來模擬汽車復(fù)雜電路中熔斷器斷路后，其他電路的電壓瞬時跌落對于電子設(shè)備的沖擊；

該測試波形與DIN40839標準下的測試波形類似，在中間部分增加一段紋波成分的測試，更加真實的模擬引擎啟動測試；

2、各類測試系統(tǒng)

1）音響功放測試系統(tǒng)

2）點鈔機主控板測試系統(tǒng)

3）LED驅(qū)動電源功能測試系統(tǒng)

4）鎮(zhèn)流器、LED驅(qū)動電源老化系統(tǒng)

5）變頻器控制板、驅(qū)動板測試系統(tǒng)

6）電焊機控制板、電源板功能測試系統(tǒng)

使用SP75VDC1500W機型，通過治具，配合操作軟件，測試PCB板各點之間的電參數(shù)；

客戶用于產(chǎn)線測試，需求用到5V，0.5A、10.7V，0.5A、28V，6A、30V，0.5A、36V，6A、48V，15A共6組輸出，要求能快速切換到需要的電壓電流，從而提高產(chǎn)線效率和方便操作員使用；對此，全天可編程電源提供快速調(diào)用功能，讓操作員能實現(xiàn)一鍵輸出一組需要的電壓、電流；

使用SP32VDC1000W機型，用于直流風(fēng)扇測試系統(tǒng)；全天可編程直流電源在系統(tǒng)中，提供待測直流風(fēng)扇供電。

可編程電源選型考量因素

1、電壓、電流、功率需求范圍

在對被測物（元器件、電路板、模塊、設(shè)備成品）測試時往往需要用到不同的電壓，如：《1》電路板中不同的電路部分工作電壓可能不同，在測試時需要模擬工作環(huán)境，提供不同的電壓；《2》在對被測物進行欠壓、正常電壓、過壓測試時，也需要用到不同的電壓；《3》往往一個企業(yè)研發(fā)或者制造的產(chǎn)品是多樣化的，從設(shè)備投資角度，也期望一種電源可滿足盡可能多的應(yīng)用需求；

在對被測物（元器件、電路板、模塊、設(shè)備成品）測試時往往需要用到不同的電流，如：《1》在對被測物進行空載、25%載、半載、滿載、超載測試時，需要提供不同的電流（功率）；《2》往往一個企業(yè)研發(fā)或者制造的產(chǎn)品是多樣化的，如充電器的研發(fā)或者制造企業(yè)，其產(chǎn)品的電壓、功率各不相同；

即使是產(chǎn)品比較單一的企業(yè)，也需要對產(chǎn)品進行OVP、OCP、OPP的測試；

綜合以上，對電源的電壓、電流、功率的范圍需求也就出來了，在綜合考慮預(yù)算與設(shè)備投資回報的基礎(chǔ)上，我們很容易選用一款或者幾款電源來滿足我們的測試需求；

很多時候，我們往往會選擇電源的組合來降低我們的投入，滿足我們的需求，如：低壓@大電流+高壓@小電流+中壓@大功率

2、串、并聯(lián)運行需求的確定

如果需要比單個電源更大的輸出電流，我們可以并聯(lián)多個電源實現(xiàn)，通過總線進行主從控制來確保系統(tǒng)的整體性能符合只有一個電源時的參數(shù)規(guī)格；全天科技主從控制可以最多10臺，電流均流可以達到差異在0.3A以內(nèi)；

并聯(lián)電源時，采用同型號機型進行并聯(lián)；所有控制通過主機電源進行的，總電流是每個電源輸出的電流值之和；

如果需要比單個電源更大的輸出電壓，可將直流電源串聯(lián)使用；（將一個電源的正極與另一個電源的負極相連接即可將多個電源串聯(lián)起來，首尾剩下的正負極即是串聯(lián)后的電源的正負極；）

全天科技的可編程直流電源，在串聯(lián)運行時，可以進行主從機控制，在主從機控制的情況下，通過設(shè)定主機即可輸出設(shè)定的參數(shù)，在此模式下，電壓會均會到主從機控制的所有電源；如：5臺串聯(lián)時，在主從機控制模式下，如果需要輸出電壓為50Vdc，則每臺的輸出電壓為10Vdc；所有控制通過主機進行，總電壓不可以超出1000Vdc；

3、通訊與控制要求

在應(yīng)用時，很多時候，我們需要集成到系統(tǒng)，通過工控機控制，此時，就需要與工控機進行通訊；那么，你就需要選擇有通訊接口的電源；在一個系統(tǒng)中，其他設(shè)備也有通訊的要求，而一般情況下，工控機的通訊接口會是多樣化的，這也需要集成到系統(tǒng)中的各個設(shè)備能提供不同的通訊接口可以選擇；系統(tǒng)中各個設(shè)備的通訊接口，需要根據(jù)工控機與設(shè)備的通訊接口進行協(xié)調(diào)使用，以實現(xiàn)運行效果好，設(shè)備投入低；（全天科技可編程直流電源標配4種通訊接口：RS232、RS485、LAN、USB，2U機型可選配GPIB）

在一些應(yīng)用中，需要使用模擬量來進行控制，此時，則需要電源有模擬量控制接口，通過這樣的接口，可以通過弱的電壓、電流、電阻信號來設(shè)置與控制直流輸出電壓、電流等；

（全天科技可編程直流電源同時可以提供WebServer遠程控制功能，可通過電腦用Web控制直流輸出電壓、電流等）

4、瞬態(tài)響應(yīng)

瞬態(tài)響應(yīng)是衡量電源應(yīng)對電流需求變化或跟隨負載阻抗變化的能力的一個指標。對于許多應(yīng)用來說，這都是一個重要的規(guī)格參數(shù)；當輸出電流需求在短時間內(nèi)大幅增大或減小時，輸出電壓也可能會大幅降低或升高。電源的內(nèi)部電壓控制回路會努力將輸出電壓穩(wěn)定在其設(shè)定值處，但這種響應(yīng)并非瞬間進行的；

要想提高瞬態(tài)響應(yīng)速度，有時就不得不忍受更大的紋波和噪聲；在可編程電源中，內(nèi)部電壓控制回路和輸出濾波器是互相制約的；大輸出濾波器限制紋波和噪聲，但降低電源對快速變化負載的響應(yīng)速度。而超快的內(nèi)部電壓控制回路則縮短瞬態(tài)響應(yīng)時間，但可能會產(chǎn)生過沖或下沖，由此損壞被測物；

電動工具測試就是一種瞬態(tài)響應(yīng)的典型應(yīng)用案例，該應(yīng)用使用直流電源來模擬電動工具的內(nèi)部電池；當電動工具電機啟動時，電流就會急劇增大；

而在測試汽車中使用的繼電器和保險絲時，情況又完全不同?？删幊讨绷麟娫幢仨氃诟哌_30VDC的電壓下提供大電流，而且通常需要5kW至10kW的功率。在測試過程中，過大的直流輸出電壓過沖會造成繼電器或保險絲損壞。為避免這種情況，所使用的電源要能夠控制直流輸出電流瞬間從零變化到最大值或者從最大值變化到零。

5、負載調(diào)整率

可編程電源的另一個重要參數(shù)是負載調(diào)整率；它指的是因被測件的電流需求變化導(dǎo)致輸出電壓偏離其設(shè)定值的百分比；正常情況下該效應(yīng)的影響應(yīng)該很小；

6、線性調(diào)整率

線路調(diào)整率指因交流輸入線路電壓變化所導(dǎo)致的直流輸出電壓或電流變化百分比；該參數(shù)在輸入線路電壓不穩(wěn)定時非常重要；

7、斜率

通常輸出電壓斜率（上升和下降時間）也是需要重點考慮的一個參數(shù)；為改善紋波和噪聲參數(shù)，可編程直流電源的輸出濾波器使用大電容來儲存大量能量；其充電、放電時間以及被測物的電流需求很大程度上共同決定了電源的電壓斜率；

直流輸出下降時間，不僅依賴于可編程直流電源輸出的內(nèi)部LCR濾波器網(wǎng)絡(luò)，而且還依賴于所連接的被測物的測試要求；如果僅通過被測物的電流消耗，尤其是被測物與電源電流容量相比相對較低，或者空載測試時，要把輸出電容器內(nèi)儲存的所有能量都通過被測物“釋放”出來可能耗費數(shù)秒時間；全天科技的可編程直流電源在此方面取得專利，利用特殊電路進行能量消散，提升斜率參數(shù)，減少測試時間；

另外，改善斜率的一種方法是選擇一款具有更高直流輸出范圍的可編程電源；假如被測物是電動工具，并且僅需要20Vdc的電源就能滿足所有測試應(yīng)用要求，則建議選用一款40Vdc的電源，但限壓輸出僅使用最高20Vdc的輸出電壓；這是因為40Vdc電源所需要的輸出電容會比20Vdc可編程電源所需要的電容要小很多，由此造成兩種電源從0V升至20Vdc或40Vdc所需的上升時間是一樣的；即，從上升時間（單位：V/ms）來看，40Vdc電源的上升速度將會快1倍。

8、拉載性能

在部分應(yīng)用中，電源抗沖擊電源的拉載性能也是一個主要的考慮因素，如針對感性、容性測試物的測試時，被測試物通電瞬間所吸收的輸入電流非常大（如，空調(diào)壓縮機啟動瞬間，電機啟動瞬間、電機堵轉(zhuǎn)時）；此時，需要根據(jù)被測物的特性來確定電源的電流（功率）；

9、補償功能

此功能是用于補償線壓降；在所有的應(yīng)用中，電源直流輸出接口與線纜會存在線電壓降，并且從電源直流輸出電路到電源直流輸出對外接口也同樣會存在線壓降；此時，連接電源電壓遠端補償線至被測物連接位置，即可補償線壓降，提升測試精確度與準確度；

10、恒流模式

雖然大多數(shù)電源都在恒壓模式下工作，但也有許多應(yīng)用需要在恒流模式下使用直流電源。當運行于恒流模式下時，較重要的是電流控制精度，不必注意輸出電壓設(shè)定值精度和分辨率，并且輸出電壓紋波和噪聲也沒有輸出電流紋波和噪聲那么重要。

11、穩(wěn)定可靠性

穩(wěn)定性是衡量電源輸出電壓或電流長期漂移的一個指標；

在LED電源老化測試中，可編程電源長期處于運行狀態(tài)，在此測試中，需要電源能長時間穩(wěn)定可靠的工作；穩(wěn)定性主要用百萬分率或ppm表示。

12、預(yù)算

在電源的選擇過程中，預(yù)算是必須考慮的一個重要因素，考慮不同參數(shù)要求的電源產(chǎn)品的組合來減少投入；同時，可以考慮串、并聯(lián)的方式來擴容，增加電源覆蓋需求的廣度。