可編程任意電源的功能說明

無論在實驗室還是生產一線，電源設備無處不在。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用于生產線和自動測試的領域，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內，它們與其他可編程儀器可共同組成專業測試系統。
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可以通過計算機軟件編程控制的電源。比如設置輸出電壓是多少，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，當超過最大輸出電壓的時候為恒流輸出，當超過最大輸出電流的時候，電源就變成了穩壓源等等。“可編程”的意思是電源內部主要功能通過上位機設定狀態字實現可控，大部分的電源是通過串口連接的。可通過通訊規約，設定“最大電流、最大電壓、最大功率、實際電壓”等等。可編程任意電源的主要指標是編程時間，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、電流均可以調節，通過數碼管或液晶屏顯示其數值，還可以通過選擇串聯或并聯輸出結構來獲得更高電壓或更高電流。某些電源設備采用懸浮式輸出，可防止過載和短路發生。有些含有線性電壓調節器，可提供低紋波的輸出電壓。大多儀器的電流極限均可調節，以保護相連負載。有些電源設有輸出開關，需要開、關某一輸出或所有輸出時，只需按動按鈕即可，不需要關閉儀器本身。另外，有些電源設備都采用了熱保護設計，可以通過風扇控制溫度。
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），串聯模式，并聯模式。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。并聯模式或串聯模式的輸出連接必須獨立進行，而且一臺電源設備的輸出也可以連接另外一臺電源設備的輸出。為了獲取更大的輸出電壓，可采取串聯模式，為了獲取更大的輸出電流，可采取并聯模式。（如圖1、2所示）

圖1 串聯模式示意圖                                                         圖1 并聯模式示意圖

1）串聯模式
在串聯模式下，由于電壓相加（或相減），最大電流由設定值最小的電源設備決定，因而此時所有設備的電流都相等。
2）并聯模式
為了提高輸出的總電流大小，可采取并聯方式。此時所有設備的輸出電壓都相同，大小由額定輸出電壓最低的電源設備決定，總電流為各并聯支路的電流之和。
如果所采用的電源設備規格相同，則在并聯時請檢查各電源設備上分配的電流是否平均，由于并聯時流過各電源設備的電流大小相同，如果使用了其他類型的電源設備，在沒有過載保護的條件下，此類電壓可能會被電流損壞。
2．限流和電子保險絲
限流功能是大多數可編程任意電源均具備的一項功能，限流指允許不超過最大設定電流的電流通過，限流調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，在電壓調節范圍內，電壓Vout保持不變，而電流可能升高到最大值Imax。當達到該值時，電壓調節將變為電流調節，即使負載增加，最大電流仍然保持不變。相反，在發生短路時，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。因此，電源設備同時也是電流源設備，可使調整電流保持恒定。我們建議在連接被測電路之前，首先設定最大電流，以避免產生損壞。

圖3 電壓、電流調節示意圖

為了更好的保護敏感性負載，有些電源設備除了限流功能外，還都配備了電子保險絲，一旦電流達到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定的電壓一致，使它們都服從統一指揮。例如：如果電壓1從10V變為12V，則電壓2和3將隨之從5V變為6V，電壓4隨之從20V變為24V。
但是，如果其中一個處于領導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。如果設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（SENSE）模式——補償導線本身電阻
在普通模式下，電壓通過導線直接加載在負載上，從而保持負載電壓的穩定。由于負載電流會在連接導線上產生壓降，因而實際負載電壓應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，電源的輸出連接導線上形成的壓降已不能忽略。如電源設定輸出為3.3V/1A，假設輸出線的電阻是0.3歐，就會在導線上形成0.3V的壓降，那么實際到達的電壓變為3.0V，這足以導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（如圖4所示）。由于SENSE導線中的電流很小，因而產生的電壓降可以忽略，即電源設備感應的電壓實際上就是真正的負載電壓，這樣電源設備將提高自己的輸出，使其等于導線壓降和所需負載電壓之和，從而實現對于導線壓降的補償，使負載真正獲得所設定電壓值。另外，有些電源加入了回讀功能也是為了補償導線本身電阻。

圖4 感應（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（如1024點）的任意波形發生器，即由固定對電壓與時間間隔參數、列表對應產生，可生成低頻范圍內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。如圖5所示。任意信號以數字形式生成，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，經過逐個處理后可以生成周期性重復波形。這些編程波形可以是單脈沖，也可以是重復連續的波形。編程輸出電壓，也可被外調制。信號在儀器規格允許的范圍內可被自由定義，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、調制
某些可編程任意電源有外部調制功能，利用后面板上的端子，可對兩組輸出進行調制。例如，德國惠美公司的HM8143，高達1V/μs的調制斜率和在任意模式下100μs最小脈沖寬度允許生成復雜的負載特征。無論功率大小，線性輸出組件的失真度都非常低，以便于進行外部調制。如圖6所示。

圖5 任意波形編輯功能                                            圖6 外調制功能

四、小結
隨著可編程任意電源功能的日益增強，使其在越來越廣泛的領域中得到了應用，市場每一項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。如參數設置精度是否達到要求，輸出范圍是否合乎要求，通道數是否夠用，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。這些電源功能強大且各有特點，因此滿足了廣大客戶的不同需要。北京海洋興業科技有限公司作為專業的通用測試儀器經銷商，與國內外多家廠商合作，推出了高、中、低檔一系列可編程任意電源，例如國內安泰信公司、固偉電子、大華電源等等，這些廠家均為國內生產電源的知名廠家，產品種類齊全。