可編程任意電源

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(dòng)的功能，即跟蹤功能。跟蹤功能指所有的輸出同時(shí)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(gè)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(shí)，則所有其他處于從屬地位的輸出電流也同時(shí)進(jìn)入限流狀態(tài)。如果設(shè)備中安裝了電子保險(xiǎn)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(huì)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(huì)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(shí)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(shí)間變化的波形，例如德國惠美公司的HM8143，它相當(dāng)于一臺(tái)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(shí)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(gè)信號的頻率由每個(gè)點(diǎn)之間的時(shí)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(gè)任意波形信號可包括各種大小不同的振幅，經(jīng)過逐個(gè)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(chǔ)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

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(shí)，只需按動(dòng)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(jì)，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(tái)電源設(shè)備的輸出也可以連接另外一臺(tái)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(huì)被電流損壞。

2.限流和電子保險(xiǎn)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(shí)，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(shí)，輸出電壓Vout將會(huì)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(shí)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(xiǎn)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。

利用預(yù)先設(shè)計(jì)好的功能單元電路進(jìn)行布圖設(shè)計(jì)。單元的形狀和大小可以是任意的(一般為矩形)?；ミB接點(diǎn)排列在單元的邊界上。布圖設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)互連要求和單元的形狀、大小進(jìn)行單元的布置。然后，在功能單元間的布線區(qū)中實(shí)現(xiàn)單元間的互連。設(shè)計(jì)結(jié)果具有較高的布圖密度。