可编程电源应用与选型详解

可编程电源就是某些功能或参数可以通过计算机软件编程控制的电源。比如设置输出电压是多少，最大输出电流是多少，超过这个值则不能正常供电等等。本文首先介绍了可编程电源的作用及工作模式，其次阐述了可编程电源在汽车电子产品脉冲测试及各类测试系统中的应用，最后介绍了可编程电源选型考量的12大因素，具体的跟随小编来了解一下。

可编程电源的作用

1、跟踪功能

在某些可编程任意电源中，有一种通道间联动的功能，即跟踪功能。跟踪功能指所有的输出同时被控制，并且通过保持电压与事先设定的电压一致，使它们都服从统一指挥。例如：如果电压1从10V变为12V，则电压2和3将随之从5V变为6V，电压4随之从20V变为24V。但是，如果其中一个处于领导位置的输出的最大电流存在极限值，而且输出电流达到该极限值时，则所有其他处于从属地位的输出电流也同时进入限流状态。如果设备中安装了电子保险丝，则到达该极限值的输出将被断开，进而其他处于从属位置的输出也全部被断开。

2、感应（SENSE）模式——补偿导线本身电阻

在普通模式下，电压通过导线直接加载在负载上，从而保持负载电压的稳定。由于负载电流会在连接导线上产生压降，因而实际负载电压应等于电源输出电压减去该压降。Vload = Vout － Vcable（1）Vcable = Iload × Rcable（2）在一些输出为低电压、大电流的场合，电源的输出连接导线上形成的压降已不能忽略。如电源设定输出为3.3V/1A，假设输出线的电阻是0.3欧，就会在导线上形成0.3V的压降，那么实际到达的电压变为3.0V，这足以导致被供电的单元不能正常工作。类似于万用表测电阻时的四线测量法，我们需要对导线压降进行补偿。为此，可使用SENSE端子直接测量负载两端电压。由于SENSE导线中的电流很小，因而产生的电压降可以忽略，即电源设备感应的电压实际上就是真正的负载电压，这样电源设备将提高自己的输出，使其等于导线压降和所需负载电压之和，从而实现对于导线压降的补偿，使负载真正获得所设定电压值。另外，有些电源加入了回读功能也是为了补偿导线本身电阻。

3、任意波形电源

有些可编程任意电源有任意波形编辑功能，即产生随时间变化的波形，例如德国惠美公司的HM8143，它相当于一台固定点数（如1024点）的任意波形发生器，即由固定对电压与时间间隔参数、列表对应产生，可生成低频范围内用户可自定义的波形，这个信号的频率由每个点之间的时间间隔确定。任意信号以数字形式生成，而且定义起来相当简单。通常，一个任意波形信号可包括各种大小不同的振幅，经过逐个处理后可以生成周期性重复波形。这些编程波形可以是单脉冲，也可以是重复连续的波形。编程输出电压，也可被外调制。信号在仪器规格允许的范围内可被自由定义，并可存储于仪器中。此类信号可通过RS-232、IEEE-488或者USB接口进行定义。

4、调制

某些可编程任意电源有外部调制功能，利用后面板上的端子，可对两组输出进行调制。例如，德国惠美公司的HM8143，高达1V/μs的调制斜率和在任意模式下100μs最小脉冲宽度允许生成复杂的负载特征。无论功率大小，线性输出组件的失真度都非常低，以便于进行外部调制。

可编程电源的工作模式

电源的工作模式可分为恒压输出模式（CV），恒流输出模式（CC），串联模式，并联模式。其中，在恒压模式下，电源的输出电流随负载变化，以确保输出电压的恒定，在恒流模式下，电源的输出电压随负载变化，以确保输出电流的恒定。并联模式或串联模式的输出连接必须独立进行，而且一台电源设备的输出也可以连接另外一台电源设备的输出。为了获取更大的输出电压，可采取串联模式，为了获取更大的输出电流，可采取并联模式。

1）串联模式在串联模式下，由于电压相加（或相减），最大电流由设定值最小的电源设备决定，因而此时所有设备的电流都相等。

2）并联模式为了提高输出的总电流大小，可采取并联方式。此时所有设备的输出电压都相同，大小由额定输出电压最低的电源设备决定，总电流为各并联支路的电流之和。 如果所采用的电源设备规格相同，则在并联时请检查各电源设备上分配的电流是否平均，由于并联时流过各电源设备的电流大小相同，如果使用了其他类型的电源设备，在没有过载保护的条件下，此类电压可能会被电流损坏。

可编程电源应用

1、汽车电子产品脉冲测试

某国际知名品牌汽车电子产品生产商使用此可编程电源进行产品的电压脉冲测试实验，用其验证产品的可靠性、稳定性；

采用可编程直流电源，内置符合汽车电子领域标准的常用测试波形，省去测试前繁琐的编辑时间；测试工程师可以自行调整波形的参数，使其输出不同测试等级下的波形；

该测试波形对电源的电压上升、下降有严格要求，而全天科技可编程直流电源在此项上拥有国家专利，完全满足测试需求；

该测试波形用来模拟汽车复杂电路中熔断器断路后，其他电路的电压瞬时跌落对于电子设备的冲击；

该测试波形与DIN40839标准下的测试波形类似，在中间部分增加一段纹波成分的测试，更加真实的模拟引擎启动测试；

2、各类测试系统

1）音响功放测试系统

2）点钞机主控板测试系统

3）LED驱动电源功能测试系统

4）镇流器、LED驱动电源老化系统

5）变频器控制板、驱动板测试系统

6）电焊机控制板、电源板功能测试系统

使用SP75VDC1500W机型，通过治具，配合操作软件，测试PCB板各点之间的电参数；

客户用于产线测试，需求用到5V，0.5A、10.7V，0.5A、28V，6A、30V，0.5A、36V，6A、48V，15A共6组输出，要求能快速切换到需要的电压电流，从而提高产线效率和方便操作员使用；对此，全天可编程电源提供快速调用功能，让操作员能实现一键输出一组需要的电压、电流；

使用SP32VDC1000W机型，用于直流风扇测试系统；全天可编程直流电源在系统中，提供待测直流风扇供电。

可编程电源选型考量因素

1、电压、电流、功率需求范围

在对被测物（元器件、电路板、模块、设备成品）测试时往往需要用到不同的电压，如：《1》电路板中不同的电路部分工作电压可能不同，在测试时需要模拟工作环境，提供不同的电压；《2》在对被测物进行欠压、正常电压、过压测试时，也需要用到不同的电压；《3》往往一个企业研发或者制造的产品是多样化的，从设备投资角度，也期望一种电源可满足尽可能多的应用需求；

在对被测物（元器件、电路板、模块、设备成品）测试时往往需要用到不同的电流，如：《1》在对被测物进行空载、25%载、半载、满载、超载测试时，需要提供不同的电流（功率）；《2》往往一个企业研发或者制造的产品是多样化的，如充电器的研发或者制造企业，其产品的电压、功率各不相同；

即使是产品比较单一的企业，也需要对产品进行OVP、OCP、OPP的测试；

综合以上，对电源的电压、电流、功率的范围需求也就出来了，在综合考虑预算与设备投资回报的基础上，我们很容易选用一款或者几款电源来满足我们的测试需求；

很多时候，我们往往会选择电源的组合来降低我们的投入，满足我们的需求，如：低压@大电流+高压@小电流+中压@大功率

2、串、并联运行需求的确定

如果需要比单个电源更大的输出电流，我们可以并联多个电源实现，通过总线进行主从控制来确保系统的整体性能符合只有一个电源时的参数规格；全天科技主从控制可以最多10台，电流均流可以达到差异在0.3A以内；

并联电源时，采用同型号机型进行并联；所有控制通过主机电源进行的，总电流是每个电源输出的电流值之和；

如果需要比单个电源更大的输出电压，可将直流电源串联使用；（将一个电源的正极与另一个电源的负极相连接即可将多个电源串联起来，首尾剩下的正负极即是串联后的电源的正负极；）

全天科技的可编程直流电源，在串联运行时，可以进行主从机控制，在主从机控制的情况下，通过设定主机即可输出设定的参数，在此模式下，电压会均会到主从机控制的所有电源；如：5台串联时，在主从机控制模式下，如果需要输出电压为50Vdc，则每台的输出电压为10Vdc；所有控制通过主机进行，总电压不可以超出1000Vdc；

3、通讯与控制要求

在应用时，很多时候，我们需要集成到系统，通过工控机控制，此时，就需要与工控机进行通讯；那么，你就需要选择有通讯接口的电源；在一个系统中，其他设备也有通讯的要求，而一般情况下，工控机的通讯接口会是多样化的，这也需要集成到系统中的各个设备能提供不同的通讯接口可以选择；系统中各个设备的通讯接口，需要根据工控机与设备的通讯接口进行协调使用，以实现运行效果好，设备投入低；（全天科技可编程直流电源标配4种通讯接口：RS232、RS485、LAN、USB，2U机型可选配GPIB）

在一些应用中，需要使用模拟量来进行控制，此时，则需要电源有模拟量控制接口，通过这样的接口，可以通过弱的电压、电流、电阻信号来设置与控制直流输出电压、电流等；

（全天科技可编程直流电源同时可以提供WebServer远程控制功能，可通过电脑用Web控制直流输出电压、电流等）

4、瞬态响应

瞬态响应是衡量电源应对电流需求变化或跟随负载阻抗变化的能力的一个指标。对于许多应用来说，这都是一个重要的规格参数；当输出电流需求在短时间内大幅增大或减小时，输出电压也可能会大幅降低或升高。电源的内部电压控制回路会努力将输出电压稳定在其设定值处，但这种响应并非瞬间进行的；

要想提高瞬态响应速度，有时就不得不忍受更大的纹波和噪声；在可编程电源中，内部电压控制回路和输出滤波器是互相制约的；大输出滤波器限制纹波和噪声，但降低电源对快速变化负载的响应速度。而超快的内部电压控制回路则缩短瞬态响应时间，但可能会产生过冲或下冲，由此损坏被测物；

电动工具测试就是一种瞬态响应的典型应用案例，该应用使用直流电源来模拟电动工具的内部电池；当电动工具电机启动时，电流就会急剧增大；

而在测试汽车中使用的继电器和保险丝时，情况又完全不同。可编程直流电源必须在高达30VDC的电压下提供大电流，而且通常需要5kW至10kW的功率。在测试过程中，过大的直流输出电压过冲会造成继电器或保险丝损坏。为避免这种情况，所使用的电源要能够控制直流输出电流瞬间从零变化到最大值或者从最大值变化到零。

5、负载调整率

可编程电源的另一个重要参数是负载调整率；它指的是因被测件的电流需求变化导致输出电压偏离其设定值的百分比；正常情况下该效应的影响应该很小；

6、线性调整率

线路调整率指因交流输入线路电压变化所导致的直流输出电压或电流变化百分比；该参数在输入线路电压不稳定时非常重要；

7、斜率

通常输出电压斜率（上升和下降时间）也是需要重点考虑的一个参数；为改善纹波和噪声参数，可编程直流电源的输出滤波器使用大电容来储存大量能量；其充电、放电时间以及被测物的电流需求很大程度上共同决定了电源的电压斜率；

直流输出下降时间，不仅依赖于可编程直流电源输出的内部LCR滤波器网络，而且还依赖于所连接的被测物的测试要求；如果仅通过被测物的电流消耗，尤其是被测物与电源电流容量相比相对较低，或者空载测试时，要把输出电容器内储存的所有能量都通过被测物“释放”出来可能耗费数秒时间；全天科技的可编程直流电源在此方面取得专利，利用特殊电路进行能量消散，提升斜率参数，减少测试时间；

另外，改善斜率的一种方法是选择一款具有更高直流输出范围的可编程电源；假如被测物是电动工具，并且仅需要20Vdc的电源就能满足所有测试应用要求，则建议选用一款40Vdc的电源，但限压输出仅使用最高20Vdc的输出电压；这是因为40Vdc电源所需要的输出电容会比20Vdc可编程电源所需要的电容要小很多，由此造成两种电源从0V升至20Vdc或40Vdc所需的上升时间是一样的；即，从上升时间（单位：V/ms）来看，40Vdc电源的上升速度将会快1倍。

8、拉载性能

在部分应用中，电源抗冲击电源的拉载性能也是一个主要的考虑因素，如针对感性、容性测试物的测试时，被测试物通电瞬间所吸收的输入电流非常大（如，空调压缩机启动瞬间，电机启动瞬间、电机堵转时）；此时，需要根据被测物的特性来确定电源的电流（功率）；

9、补偿功能

此功能是用于补偿线压降；在所有的应用中，电源直流输出接口与线缆会存在线电压降，并且从电源直流输出电路到电源直流输出对外接口也同样会存在线压降；此时，连接电源电压远端补偿线至被测物连接位置，即可补偿线压降，提升测试精确度与准确度；

10、恒流模式

虽然大多数电源都在恒压模式下工作，但也有许多应用需要在恒流模式下使用直流电源。当运行于恒流模式下时，较重要的是电流控制精度，不必注意输出电压设定值精度和分辨率，并且输出电压纹波和噪声也没有输出电流纹波和噪声那么重要。

11、稳定可靠性

稳定性是衡量电源输出电压或电流长期漂移的一个指标；

在LED电源老化测试中，可编程电源长期处于运行状态，在此测试中，需要电源能长时间稳定可靠的工作；稳定性主要用百万分率或ppm表示。

12、预算

在电源的选择过程中，预算是必须考虑的一个重要因素，考虑不同参数要求的电源产品的组合来减少投入；同时，可以考虑串、并联的方式来扩容，增加电源覆盖需求的广度。