什么是可編程任意電源
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可編程任意電源就是某些功能或參數(shù)可以通過(guò)計(jì)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(guò)這個(gè)值則不能正常供電等等。例如，當(dāng)超過(guò)最大輸出電壓的時(shí)候?yàn)楹懔鬏敵?，?dāng)超過(guò)最大輸出電流的時(shí)候，電源就變成了穩(wěn)壓源等等?！?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/可編程">可編程”的意思是電源內(nèi)部主要功能通過(guò)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(guò)串口連接的。可通過(guò)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(shí)間，編程精度，編程分辨率等等。
可編程任意電源的基本功能
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(guò)數(shù)碼管或液晶屏顯示其數(shù)值，還可以通過(guò)選擇串聯(lián)或并聯(lián)輸出結(jié)構(gòu)來(lái)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(guò)載和短路發(fā)生。有些含有線(xiàn)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(kāi)關(guān)，需要開(kāi)、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(guò)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(qǐng)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(guò)各電源設(shè)備的電流大小相同，如果使用了其他類(lèi)型的電源設(shè)備，在沒(méi)有過(guò)載保護(hù)的條件下，此類(lèi)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(guò)最大設(shè)定電流的電流通過(guò)，限流調(diào)整需要在使用測(cè)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?xún)?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(cè)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(kāi)輸出，切斷電流。
可編程任意電源的更多功能
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(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(guò)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(kāi)，進(jìn)而其他處于從屬位置的輸出也全部被斷開(kāi)。
2、感應(yīng)（SENSE）模式——補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)本身電阻
在普通模式下，電壓通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)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(chǎng)合，電源的輸出連接導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)的電阻是0.3歐，就會(huì)在導(dǎo)線(xiàn)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(lèi)似于萬(wàn)用表測(cè)電阻時(shí)的四線(xiàn)測(cè)量法，我們需要對(duì)導(dǎo)線(xiàn)壓降進(jìn)行補(bǔ)償。為此，可使用SENSE端子直接測(cè)量負(fù)載兩端電壓（如圖4所示）。由于SENSE導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)壓降和所需負(fù)載電壓之和，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)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(guó)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(duì)電壓與時(shí)間間隔參數(shù)、列表對(duì)應(yīng)產(chǎn)生，可生成低頻范圍內(nèi)用戶(hù)可自定義的波形，這個(gè)信號(hào)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(hào)以數(shù)字形式生成，而且定義起來(lái)相當(dāng)簡(jiǎn)單。通常，一個(gè)任意波形信號(hào)可包括各種大小不同的振幅，經(jīng)過(guò)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(hào)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(lèi)信號(hào)可通過(guò)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(duì)兩組輸出進(jìn)行調(diào)制。例如，德國(guó)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(wú)論功率大小，線(xiàn)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
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