可編程任意電源的功能說明

可編程任意電源的功能說明

無論在實(shí)驗(yàn)室還是生產(chǎn)一線，電源設(shè)備無處不在。隨著自動測試的不斷增加，如今對可編程任意電源的需求也成了市場的主流。可編程任意電源廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)線和自動測試的領(lǐng)域，極大的提高了測試效率。為了滿足各種需求，可編程任意電源的功能非常豐富，例如，任意波形電源，可調(diào)制電源也都是可編程任意電源的一種，可編程任意電源一般前面板布局簡單、直觀，操作非常方便，并且由于可進(jìn)行程序控制，精度也高于一般電源。可編程任意電源一般配備了RS-232、USB或IEEE-488端口，可集成到自動化測試系統(tǒng)內(nèi)，它們與其他可編程儀器可共同組成專業(yè)測試系統(tǒng)。
一、什么是可編程任意電源
可編程任意電源就是某些功能或參數(shù)可以通過計算機(jī)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。例如，當(dāng)超過最大輸出電壓的時候?yàn)楹懔鬏敵?，?dāng)超過最大輸出電流的時候，電源就變成了穩(wěn)壓源等等。“可編程”的意思是電源內(nèi)部主要功能通過上位機(jī)設(shè)定狀態(tài)字實(shí)現(xiàn)可控，大部分的電源是通過串口連接的。可通過通訊規(guī)約，設(shè)定“最大電流、最大電壓、最大功率、實(shí)際電壓”等等。可編程任意電源的主要指標(biāo)是編程時間，編程精度，編程分辨率等等。
二、基本功能
可編程任意電源與普通直流電源一樣，都有一路或幾路輸出，電壓、電流均可以調(diào)節(jié)，通過數(shù)碼管或液晶屏顯示其數(shù)值，還可以通過選擇串聯(lián)或并聯(lián)輸出結(jié)構(gòu)來獲得更高電壓或更高電流。某些電源設(shè)備采用懸浮式輸出，可防止過載和短路發(fā)生。有些含有線性電壓調(diào)節(jié)器，可提供低紋波的輸出電壓。大多儀器的電流極限均可調(diào)節(jié)，以保護(hù)相連負(fù)載。有些電源設(shè)有輸出開關(guān)，需要開、關(guān)某一輸出或所有輸出時，只需按動按鈕即可，不需要關(guān)閉儀器本身。另外，有些電源設(shè)備都采用了熱保護(hù)設(shè)計，可以通過風(fēng)扇控制溫度。
1、電源的基本工作模式
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(fù)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(fù)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(dú)立進(jìn)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。（如圖1、2所示）

圖1 串聯(lián)模式示意圖圖1 并聯(lián)模式示意圖

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(hù)的條件下，此類電壓可能會被電流損壞。
2．限流和電子保險絲
限流功能是大多數(shù)可編程任意電源均具備的一項(xiàng)功能，限流指允許不超過最大設(shè)定電流的電流通過，限流調(diào)整需要在使用測試電路之前完成，以避免由于短路等故障損壞電路。

如圖3所示，在電壓調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，電壓Vout保持不變，而電流可能升高到最大值Imax。當(dāng)達(dá)到該值時，電壓調(diào)節(jié)將變?yōu)殡娏髡{(diào)節(jié)，即使負(fù)載增加，最大電流仍然保持不變。相反，在發(fā)生短路時，輸出電壓Vout將會減小至零，而電流仍然保持恒定并處于Imax以內(nèi)。因此，電源設(shè)備同時也是電流源設(shè)備，可使調(diào)整電流保持恒定。我們建議在連接被測電路之前，首先設(shè)定最大電流，以避免產(chǎn)生損壞。

圖3 電壓、電流調(diào)節(jié)示意圖

為了更好的保護(hù)敏感性負(fù)載，有些電源設(shè)備除了限流功能外，還都配備了電子保險絲，一旦電流達(dá)到Imax值，電路將以極快的速度斷開輸出，切斷電流。
三、更多功能
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(dá)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(jìn)入限流狀態(tài)。如果設(shè)備中安裝了電子保險絲，則到達(dá)該極限值的輸出將被斷開，進(jìn)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(bǔ)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(fù)載上，從而保持負(fù)載電壓的穩(wěn)定。由于負(fù)載電流會在連接導(dǎo)線上產(chǎn)生壓降，因而實(shí)際負(fù)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(shí)際到達(dá)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(jìn)行補(bǔ)償。為此，可使用SENSE端子直接測量負(fù)載兩端電壓（如圖4所示）。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(shí)際上就是真正的負(fù)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(fù)載電壓之和，從而實(shí)現(xiàn)對于導(dǎo)線壓降的補(bǔ)償，使負(fù)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(bǔ)償導(dǎo)線本身電阻。

圖4 感應(yīng)（SENSE）模式示意圖

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(dāng)于一臺固定點(diǎn)數(shù)（如1024點(diǎn)）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(diǎn)之間的時間間隔確定。如圖5所示。任意信號以數(shù)字形式生成，而且定義起來相當(dāng)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(jìn)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(jìn)行調(diào)制。例如，德國惠美公司的HM8143，高達(dá)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(fù)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(jìn)行外部調(diào)制。如圖6所示。

圖5 任意波形編輯功能圖6 外調(diào)制功能

四、小結(jié)
隨著可編程任意電源功能的日益增強(qiáng)，使其在越來越廣泛的領(lǐng)域中得到了應(yīng)用，市場每一項(xiàng)新的需求都促使了新功能的推出。因此，在選擇可編程任意電源時，需要考慮許多問題。如參數(shù)設(shè)置精度是否達(dá)到要求，輸出范圍是否合乎要求，通道數(shù)是否夠用，編程軟件是否方便快捷，通信接口是否滿足控制系統(tǒng)的需要等等。又如國外廠商德國惠美公司推出的高精度四路輸出電源HM7044、任意波形電源HM8143。這些電源功能強(qiáng)大且各有特點(diǎn)，因此滿足了廣大客戶的不同需要。北京海洋興業(yè)科技有限公司作為專業(yè)的通用測試儀器經(jīng)銷商，與國內(nèi)外多家廠商合作，推出了高、中、低檔一系列可編程任意電源，例如國內(nèi)安泰信公司、固偉電子、大華電源等等，這些廠家均為國內(nèi)生產(chǎn)電源的知名廠家，產(chǎn)品種類齊全。