線性電源指標

電源指標概述

可變直流電源設(shè)備似乎很簡單。但它是一種極為復(fù)雜,、準確而且耐用的高負荷電子設(shè)備,。無論是阻性、感性,、容性,、低阻抗、高阻抗,、穩(wěn)態(tài)還是可變負載,，電源設(shè)備都必須可靠地提供穩(wěn)定、精密和清潔的電壓和電流,。在說明書中明確說明了電源達到此目標的質(zhì)量以及在何處達到極值,。根據(jù)應(yīng)用選擇適合的電源要求透徹理解電源指標。下面介紹線性電源指標,。線性電源非常耐用,、準確并能提供低噪聲功率。它們簡單,、直接的反饋機制提供了優(yōu)秀的負載調(diào)整率和整體穩(wěn)定性,。

圖1示出了線性電源的簡化框圖。

線性電源指標

在任意給定時間上,，電源調(diào)節(jié)電壓或電流并在儀器準確度范圍內(nèi)使電壓或電流與設(shè)置相匹配,。

·在CV模式下，在儀器準確度指標范圍內(nèi)輸出電壓匹配電壓設(shè)置,。電流由負載阻抗決定,。

·在CC模式下，輸出電流匹配電流極限設(shè)置,。電壓由負載阻抗決定,。

今天,，微處理器從用戶接口或遠端接口接收輸入。數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）接收數(shù)字設(shè)置,，將其轉(zhuǎn)換為模擬值并用作模擬調(diào)節(jié)器的參考,。設(shè)置分辨率和準確度的值由轉(zhuǎn)換質(zhì)量和調(diào)節(jié)過程決定。電壓和電流設(shè)置（有時稱為極限或設(shè)置值）分別有與之相關(guān)的分辨率和準確度指標,。這些設(shè)置的分辨率決定了輸出可調(diào)的最小增量,，準確度描述了輸出值符合國際標準的程度。應(yīng)當(dāng)分別考慮設(shè)置和回讀指標,。回讀準確度好并不一定就意味著設(shè)置準確度好,。大多數(shù)直流電源提供內(nèi)置儀表測量電壓和電流。這些儀表測量電源輸出提供的電壓和電流,。由于儀表讀取返回至電源的電壓和電流,，所以儀表測量值通常稱為回讀值。大多數(shù)專業(yè)電源包含了使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字儀表并且這些內(nèi)部儀器指標類似于數(shù)字萬用表指標,。電源在前面板顯示儀表值并通過其遠程接口（如果配置了）發(fā)送儀表值,。

設(shè)置準確度

設(shè)置準確度決定了調(diào)節(jié)參數(shù)與國際標準定義理論值的接近程度。電源輸出不確定度主要由DAC誤差項（包括量化誤差）決定,。通過連至電源輸出端的可追蹤,、精密測量系統(tǒng)測量調(diào)節(jié)變量進而測試設(shè)置準確度。設(shè)置準確度為：± (設(shè)置值的% + 偏移量)

例如,，某型號線性電源的電壓設(shè)置準確度指標為±(0.03% +3mV),。因此，當(dāng)設(shè)置輸出5V時,，輸出值不確定度為(5V)(0.0003 + 3mV),，或4.5mV。電流設(shè)置準確度也類似地規(guī)定和計算,。

設(shè)置分辨率

設(shè)置分辨率是電源上電壓或電流的最小設(shè)置變化量選項,。有時，此參數(shù)稱為編程分辨率,。分辨率指標限制了可設(shè)置的離散電平數(shù),。通常，離散電平數(shù)由用戶接口位數(shù)和DAC位數(shù)共同決定,。更多位數(shù)的DAC能更精細地控制其輸出并能提供更分明的環(huán)路控制參考值,。但是，失調(diào)和增益誤差校正會使分辨率低于DAC提供的位數(shù),。用單步設(shè)置修改分辨率不一定總會使輸出相應(yīng)改變,。但是，設(shè)置準確度指標管理著設(shè)置與輸出的關(guān)系,，并應(yīng)在此容許范圍內(nèi)校準儀器,。設(shè)置分辨率可以用絕對單位值或滿量程百分數(shù)表示.

回讀準確度

回讀準確度有時也稱為儀表準確度,。它決定了內(nèi)部測量值與輸出電壓理論值的接近程度（在啟用設(shè)置準確度之后）。像數(shù)字萬用表那樣,，使用追溯性的參考標準測試回讀準確度,。回讀準確度表示為：± (測量值的% + 偏移量)

回讀分辨率

回讀分辨率是電源內(nèi)部測量的輸出電壓或電流的可分辨最小變化量。回讀分辨率通常用絕對值表示,，也可以用滿量程的百分數(shù)表示,。

使用遠端感測提高電壓準確度

電源與被測器件（DUT）之間承載電流引起的電纜壓降意味著DUT電壓低于電源輸出端電壓。在任意電源條件下,，使用較大尺寸線纜能降低測試線壓降。保持電纜盡量短也有幫助,。如果電源配備了遠端感測能力,，使用4線連接能確保電源的設(shè)置電壓即為在DUT上得到的電壓。用4線連接電源與DUT,，一組測試線傳送輸出電流,，另一組測試線被電源用于在DUT端直接測量電壓，如圖3所示,。電源內(nèi)部感測線連接至高阻抗電表電路,；因此，測試線電流接近于零,，基本上消除了測試線壓降,。通過增大輸出電壓來補償傳送電流至DUT的源測試線壓降，電源維持了感測線上的預(yù)計輸出電壓,。

圖2.遠端感測通過分隔源電流與感測電路消除了測試線電阻效應(yīng),。源調(diào)節(jié)可以保持負載兩端的規(guī)定電壓。

穩(wěn)定性指標

穩(wěn)定性指標描述了電源對變化的響應(yīng),。幾個指標表明了儀器在短期內(nèi)提供穩(wěn)定輸出的能力,。這部分討論了在改變負載、交流線電壓和溫度條件下描述輸出穩(wěn)定性的指標,。長期來看,，電源由于老化，其性能不可避免地降低,。通過定期驗證和儀器校準可以管理長期穩(wěn)定性問題,。

溫度穩(wěn)定性

上文討論的準確度通常規(guī)定在25°C左右的特定溫度范圍內(nèi)有效。典型溫度范圍是20°C~30°C（68°F~86°F）,。如果您在溫度穩(wěn)定的實驗室環(huán)境下使用電源,，那么輸出端溫度效應(yīng)會很小。另一方面,，如果是工業(yè)環(huán)境或現(xiàn)場安裝,，溫度可能與室溫相差很多,，所以確定準確度時考慮溫度非常重要。隨著環(huán)境溫度偏離室溫,，輸出端不確定度將增大,。負載調(diào)整率（電壓和電流）負載調(diào)整率是測量負載變化時輸出通道保持穩(wěn)定的能力。隨著DUT阻抗變化,，調(diào)節(jié)參數(shù)不會顯著變化,。當(dāng)然，如果負載變化太大,，調(diào)節(jié)參數(shù)可能在電壓和電流之間變化,，這取決于未調(diào)節(jié)參數(shù)的極限設(shè)置。假設(shè)電源未達到此交點,，用作電壓源時會保持較低的輸出阻抗,；用作電流源時會保持較高的輸出阻抗。負載調(diào)整率可以用幾種方法規(guī)定,。例如,，電壓調(diào)整率可以表示為每安培電流的電壓變化。但是,，包括大多數(shù)電源制造商將負載調(diào)整率解釋為在非調(diào)節(jié)參數(shù)出現(xiàn)顯著變化時的輸出準確度,。這種熟悉的格式方便理解并且便于通過測試驗證。±(設(shè)置值的% + 偏移量)

線路調(diào)整率（電壓和電流）

線路調(diào)整率測量在交流輸入電壓和頻率在整個允許范圍內(nèi)變化條件下,，電源保持其輸出電壓或輸出電流穩(wěn)定的能力,。尤其在最大電源電流的情況下，線電壓和頻率會極大地影響提供至輸出端的功率,。在實驗室條件下用穩(wěn)定的交流線電壓測試一小段時間可以忽略線路調(diào)整率,。但是，如果在您的工作環(huán)境下交流線電壓容易受擾動或在較長時間內(nèi)進行測試,，那么線路調(diào)整率是一個關(guān)鍵的考慮因素,。電壓線路調(diào)整率可以規(guī)定為直流輸出電壓變化量與交流線電壓（有效值）和頻率變化量的比值。然而,，為了與大多數(shù)測試設(shè)備指標保持一致,，制造商通常將線路調(diào)整率表示為輸出相對于全量程的有效交流線路參數(shù)的不確定性。這給出了最差情況并定義為：± (設(shè)置值的% + 偏移量)

電流負載調(diào)整率是一個類似的指標,。除了說明輸出隨交流源變化的電壓容許變化量以外,，電流負載調(diào)整率還說明了隨交流源變化的電流容許變化量。通常,，該指標在交流源電壓和頻率的整個范圍內(nèi)都有效,。

交流特性

雖然我們在討論直流電源，但是這些電源的輸出并不是純直流。輸出會有一些交流成分,。對于某些應(yīng)用而言,，輸出中較大的交流成分會對電路產(chǎn)生意想不到的影響，所以有助于了解殘余交流成分的幅度,。除了交流噪聲以外,，了解電源對負載和設(shè)置改變的瞬態(tài)響應(yīng)也非常有幫助。例如,，在自動測試中,，重要的是了解電源在設(shè)置改變后需要多長時間才能穩(wěn)定。

紋波和噪聲指標

直流電源輸出的交流雜散成分被稱為紋波和噪聲,，或稱作周期和隨機偏差（PARD）,。這些術(shù)語通常能互換使用。術(shù)語紋波指輸出中的交流周期信號,。在頻域觀察時,，紋波顯示為雜散響應(yīng)。與周期性紋波不同,，噪聲是隨機的。噪聲分布在很寬的頻譜上而且用頻域查看時,，噪聲顯示為基線升高,。

PARD指標必須規(guī)定帶寬并且應(yīng)當(dāng)對電流和電壓都進行說明。當(dāng)電源在CC模式時,，電流PARD非常重要并且通常用有效值定義,。由于PARD的形狀未確定，電壓PARD通常表示為有效值電壓即噪聲功率,，也可以表示為峰峰值電壓,，后者在驅(qū)動高阻抗負載時非常重要。

此簡化示意圖說明了周期（紋波）和隨機（噪聲）失真的概念,。

因為考慮到帶寬,，PARD指標很大程度上取決于測試技術(shù)。通常,，您可以在制造商的性能驗證程序中找到檢查PARD的程序,。在證驗紋波和噪聲指標時考慮整個信號通路非常重要.

瞬態(tài)響應(yīng)

另一組交流特性描述了電源對于變化的響應(yīng)速度。瞬態(tài)響應(yīng)指標說明了當(dāng)負載或設(shè)置改變后輸出變?yōu)榉€(wěn)定直流的速度,。大多數(shù)電源輸出端并聯(lián)了大電容以便提供清潔,、穩(wěn)定的直流。當(dāng)此電容與負載電阻并聯(lián)時,，得出一個時間常數(shù)并且時間常數(shù)大小會隨負載阻抗變化,。由于與負載電阻緊密相關(guān)，所以設(shè)置變化的響應(yīng)必須針對具體負載規(guī)定。常見指標中包括開路,、短路或具體電阻值等負載,。瞬態(tài)響應(yīng)的測試需要對負載阻抗和電源設(shè)置施加較大的階躍變化，并測量穩(wěn)定至最終值的時間,。

準確的測量結(jié)果需要準確的電源

為了確保測試結(jié)果的準確性和可重復(fù)性,，您必須擁有能將功率準確送至DUT的電源。如果電源準確度和穩(wěn)定性不能滿足需要,，測量結(jié)果就會受DUT的性能以及電源性能的影響,。溫度漂移、負載突變和交流線電壓波動僅僅是帶來麻煩的部分原因,。專門為應(yīng)對這些變化并且為了持續(xù),、準確地提供規(guī)定電壓或電流而設(shè)計的準確電源將讓您對測試結(jié)果充滿信心。

確保電源質(zhì)量達到指標要求

為了對電源的設(shè)計和制造達到相應(yīng)的質(zhì)量水平充滿信心,，請從制造商那里獲取支持其發(fā)布的指標的詳盡說明,。例如，制造商應(yīng)當(dāng)使用按主要標準實驗室的標準校準的測試儀器,。而且,，查找由機構(gòu)的安全認證，例如CSA,、UL或VDE,。也就是說，電源制造商已經(jīng)獲得了符合國際安全標準的獨立認定,。定期檢驗性能對于確保電源工作在制造商規(guī)定的指標范圍內(nèi)非常重要,。