自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)選擇電源時(shí)需要考慮的常用電源規(guī)范有哪些?

1、線性電源還是開關(guān)電源?

在購買直流電源時(shí)首先要做出的打算是選擇線性電源還是開關(guān)電源。線性電源具有較低的紋波和噪聲，并且具有快速的瞬態(tài)行為。但它們效率低，會(huì)產(chǎn)生大量熱量，而且很重。因此大多數(shù)工程師發(fā)覺只是在較低輸出功率電平(一般500W以下)時(shí)比較合意。大多數(shù)線性直流電源是臺(tái)式電源。

對(duì)線性臺(tái)式電源來說，一個(gè)格外適合的應(yīng)用是測(cè)試通信設(shè)備，比如無線電或移動(dòng)電話或雷達(dá)系統(tǒng)的解調(diào)模塊。這些設(shè)備具有格外靈敏的鑒頻器或解調(diào)器電路，這些電路在低噪聲系數(shù)下才能發(fā)揮抱負(fù)的性能。為了測(cè)試這些單元的真實(shí)性能，我們需要確保直流電源不會(huì)給測(cè)試裝置增加任何寄生噪聲。由于線性電源具有比開關(guān)電源更低的輸出紋波和噪聲，因此它們是這類應(yīng)用的較好選擇。

當(dāng)功率要求較低時(shí)，線性電源也是個(gè)很好的選擇。開關(guān)電源的主要好處只能在較高輸出功率電平才能表現(xiàn)出來。因此，在每個(gè)直流輸出通道的功率要求不超過100W至200W的應(yīng)用中使用線性直流電源比較劃算。

從這一點(diǎn)來看，考慮系統(tǒng)中全部直流通道的總輸出功率格外重要。假如系統(tǒng)中有4個(gè)或4個(gè)以下的通道，而且功率要求比較低，那么比較明智的選擇是以19英寸機(jī)架安裝套件形式供應(yīng)的4個(gè)線性電源。

假如系統(tǒng)要求更多的輸出通道，或更高的輸出功率，那么使用開關(guān)電源是更好的選擇。開關(guān)電源可以供應(yīng)比線性電源更高的功率密度。通過使用開關(guān)電源，你可以擁有 12VDC輸出，并能以相同的機(jī)架安裝結(jié)構(gòu)供應(yīng)高達(dá)4000W的功率。開關(guān)電源要比線性電源更簡(jiǎn)潔把握而每通道的成本差不多。

即使在要求低紋波和噪聲輸出的應(yīng)用中，開關(guān)電源也不只是更有效率。*近功率電子領(lǐng)域中的進(jìn)展(如零開關(guān))，極大地改進(jìn)了開關(guān)電源的紋波和噪聲性能。當(dāng)你同樣認(rèn)為開關(guān)電源比線性電源更加機(jī)敏、并且能夠供應(yīng)更高的功率密度時(shí)，那么它們將成為除少數(shù)應(yīng)用外幾乎全部應(yīng)用的**。

2、瞬態(tài)響應(yīng)

瞬態(tài)響應(yīng)是衡量電源應(yīng)對(duì)電流需求變化或負(fù)載阻抗變化力量的一個(gè)指標(biāo)。對(duì)很多應(yīng)用來說這是一個(gè)很重要的指標(biāo)當(dāng)輸出電流需求在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)顯著增加或削減時(shí)，輸出電壓也可能發(fā)生顯著的下降或上升。電源內(nèi)部電壓把握環(huán)路試圖將輸出保持在設(shè)定電壓值，但響應(yīng)不是馬上發(fā)生的。

為了得到更快的瞬態(tài)響應(yīng)，有時(shí)不得不牽強(qiáng)接受更大的紋波和噪聲。在可編程電源內(nèi)部，需要在內(nèi)部電壓把握環(huán)路和輸出濾波器之間進(jìn)行折衷。大的輸出濾波器可以限制紋波和噪聲，但會(huì)使電源更慢地響應(yīng)快速變化的負(fù)載。格外快的內(nèi)部電壓把握環(huán)路雖然可以縮短瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間,但可能造成上沖或下沖,進(jìn)而可能損壞待測(cè)設(shè)備(DUT)。

移動(dòng)電話測(cè)試是瞬態(tài)響應(yīng)的典型應(yīng)用案例。在該應(yīng)用中，直流電源模擬移動(dòng)電話的內(nèi)部電源。當(dāng)話機(jī)開頭發(fā)送信號(hào)時(shí)，電流會(huì)很快上升。

對(duì)于話機(jī)的內(nèi)部電池來說這不是個(gè)問題，但對(duì)于可編程開關(guān)電源而言，這是一個(gè)比較困難的任務(wù)。在這種狀況下線性電源是比開關(guān)電源更好的一個(gè)選擇，由于這種應(yīng)用的功率要求低，而線性電源的瞬態(tài)響應(yīng)一般來說比開關(guān)電源要好。

然而測(cè)試汽車?yán)^電器和熔絲又是另外一回事。對(duì)這種應(yīng)用而言可編程直流電源必需能夠在高達(dá) 30VDC 的條件下供應(yīng)大的電流，而且典型的功率要求是 5kw至10kw.在這種測(cè)試中，大的直流輸出電壓上沖可能損壞繼電器或熔絲。為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，你確定期望電源能夠把握直流輸出電流從零瞬變到**輸出或從**輸出瞬變到零輸出。

使用預(yù)負(fù)載是限制上沖和下沖的一種有用技術(shù)?？梢詫⒁粋€(gè)預(yù)負(fù)載與待測(cè)設(shè)備并聯(lián)在一起，這時(shí)可編程電源的直流輸出將限制電流變化率，從而顯著減小直流電壓上沖和下沖的幅度。想像一下 50%的電流流經(jīng)這個(gè)附加的預(yù)負(fù)載，另外50%的電流流經(jīng)待測(cè)設(shè)備。當(dāng)待測(cè)設(shè)備產(chǎn)生 100%電流需求時(shí)，電源只看到50%的電流需求變化。管理50%而不是 100%的電流需求變化對(duì)電源來說簡(jiǎn)潔得多，而且?guī)缀跸肆烁邏荷蠜_效應(yīng)，因而避開了對(duì)待測(cè)設(shè)備的任何損壞可能。在本例中可以使用簡(jiǎn)潔廉價(jià)的阻性負(fù)載作為預(yù)負(fù)載。任何比例都是好的。換話說,為了獲得瞬態(tài)響應(yīng)和上沖規(guī)格的改善,這個(gè)新增負(fù)載吸取 40%、50%還是 60%的電流需求并不是關(guān)鍵。

使用預(yù)負(fù)載的缺點(diǎn)是要求兩倍的直流輸出電流。幸運(yùn)的是，假如你使用 AMETEK 的開關(guān)電源，額外功率要求的代價(jià)是相當(dāng)廉價(jià)的。因此與特地的電源子系統(tǒng)來說，針對(duì)這種特殊應(yīng)用使用預(yù)負(fù)載是一種成本很低、有用性更強(qiáng)的方法。

3、擺率

下一個(gè)需要考慮的規(guī)格參數(shù)是直流輸出電壓的壓擺率(上升和下降時(shí)間)。為了改善紋波和噪聲性能，直流可編程電源的輸出濾波器中會(huì)使用存儲(chǔ)大量能量的大電容。這個(gè)濾波器的充放電時(shí)間和待測(cè)設(shè)備的電流需求是打算電源壓擺率的主要因素。壓擺率基本上與所連的待測(cè)設(shè)備無關(guān)。

對(duì)于大多數(shù) AMETEK 電源來說，直流輸出上升時(shí)間對(duì)大部分應(yīng)用而言是足夠快的。只需考慮直流輸出下降時(shí)間。下降時(shí)間不僅取決于可編程電源直流輸出端的內(nèi)部 LCR 濾波網(wǎng)絡(luò)，而且取決于所連接的待測(cè)設(shè)備。假如與電源電流容量相比待測(cè)設(shè)備抽取的電流相對(duì)較小那么輸出電容中存儲(chǔ)的能量在通過待測(cè)設(shè)備耗盡之前可能要花很長的時(shí)間。假如待測(cè)設(shè)備的*小電流要求至少是電源容量的60%，那么存儲(chǔ)的能量將馬上釋放掉，輸出電壓的下降時(shí)間是*短的。雖然如此在大多數(shù)狀況下直流輸出下降時(shí)間都要比直流輸出上升時(shí)間慢兩到三倍。

改善直流輸出上升時(shí)間的一種方法是選擇具有更高直流輸出范圍的可編程電源。例如，假如待測(cè)設(shè)備是與汽車相關(guān)的設(shè)備，一個(gè)30VDC 的電源可以掩蓋全部測(cè)試應(yīng)用，那就選擇一個(gè)60VDC 的可編程電源，但只使用到 30VDC.這樣做的理由是 60VDC 電源的輸出電容要比 30VDC 可編程電源的輸出電容小很多。兩種電源的輸出電壓從 0V到滿刻度的時(shí)間是相等的。換句話說，當(dāng)觀看單位為V/ms的上升時(shí)間時(shí)，60VDC 電源的上升時(shí)間要比 30VDC 電源快一倍。

為了改善直流輸出下降時(shí)間，可以在待測(cè)設(shè)備或電源的直流輸出端并聯(lián)一個(gè)預(yù)負(fù)載。不過要確保預(yù)負(fù)載和待測(cè)設(shè)備加在一起的總電流需求至少要達(dá)到可編程電源電流力量的65%。這個(gè)方法要求電源供應(yīng)更多的功率，由于在相同輸出電流條件下要求更大的直流輸出電壓范圍。

典型的輸出電流擺率是 45A/ms。AMETEK 可編程電源公司生產(chǎn)的一些直流電源還支持固態(tài)激光應(yīng)用。這些是輸出電流擺率高達(dá)400A/ms 的電流源。

將電子負(fù)載與電源串聯(lián)起來、并將電子負(fù)載用作電流調(diào)制器可以實(shí)現(xiàn)更快的電流擺率。這種組合允許電流擺率高達(dá)6000A/ms。

4、負(fù)載調(diào)整率

可編程電源的另外一個(gè)重要參數(shù)是負(fù)載調(diào)整率，它是指由于待測(cè)設(shè)備電流需求變化引起的輸出電壓距設(shè)置點(diǎn)變化的百分比。正常狀況下這種效應(yīng)應(yīng)當(dāng)是格外小的(不到設(shè)定輸出電壓的 0.01%)。

5、線路調(diào)整率

線路調(diào)整率規(guī)定了作為溝通輸入線路電壓函數(shù)的直流輸出電壓或電流的變化百分比。當(dāng)輸入線路電壓不穩(wěn)定時(shí)，這個(gè)參數(shù)就顯得尤其重要。

6、穩(wěn)定性

穩(wěn)定性衡量的是電源輸出電壓或電流的長期漂移性能。磁盤測(cè)試就是一種典型的應(yīng)用。在這種應(yīng)用中，可編程電源當(dāng)作是處于恒流模式的電流源。對(duì)于這種測(cè)試來說，用戶需要確保磁通量值在整個(gè)測(cè)試過程中是不變的。因此電源必需將直流輸出電流設(shè)定為一個(gè)特定值，并在測(cè)試期間保持這個(gè)值不變。穩(wěn)定性單位一般是百萬分之一(ppm)。

7、并聯(lián)工作

假如你需要的輸出電流比單個(gè)電源能夠供應(yīng)的還要大，將多個(gè)電源輸出并聯(lián)起來使用是常規(guī)的解決方案。AMETEK可編程電源公司供應(yīng)特地的把握總線用于電源并聯(lián)。這種**總線的好處是，并聯(lián)電源的總性能仍舊能夠滿足為單個(gè)電源提出的原始規(guī)范要求。系統(tǒng)自己可以完成配置，并確定哪個(gè)單元是主，哪些單元是從。在連接快速瞬變待測(cè)設(shè)備時(shí),通常推舉在每個(gè)電源的正輸出線上使用愛護(hù)堵塞二極管。

當(dāng)以這種方式并聯(lián)電源時(shí)，你可以使用具有不同電流范圍的電源，但全部電源應(yīng)當(dāng)具有相同的輸出電壓范圍。全部人工把握或遠(yuǎn)程把握都是通過主單元完成的。任何檢測(cè)線都只連接主單元。記住，總電流是每個(gè)單獨(dú)電源上顯示的電流值之和。一些先進(jìn)的型號(hào)，如Sorensen SG 系列，可以計(jì)算和顯示總的系統(tǒng)電流。

8、串聯(lián)工作

為了供應(yīng)比單個(gè)電源可以供應(yīng)的更高的輸出電壓，可以將直流電源串聯(lián)起來使用。你全部要做的是將每個(gè)電源的正極連接到另外一個(gè)電源的負(fù)極。

雖然這個(gè)做法正確，不過有些限制。每個(gè)可編程電源都有電壓隔離指標(biāo)，一個(gè)是相對(duì)機(jī)箱隔離負(fù)的數(shù)值，一個(gè)是相對(duì)機(jī)箱隔離正的數(shù)值。需要確保不超過這些電壓值。

其次個(gè)限制是在串聯(lián)工作時(shí)，不存在主單元或從單元。這意味著每個(gè)電源需要單獨(dú)進(jìn)行編程。當(dāng)使用遠(yuǎn)程把握方法時(shí)，全部接口都需要通過光耦進(jìn)行電流隔離。大多數(shù)直流電源供應(yīng)很多隔離型接口，包括模擬接口、RS-232、RS-485 和以太網(wǎng)。

9、模擬編程

直流可編程電源通常供應(yīng)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的隔離型模擬接口。通過這個(gè)模擬接口可以設(shè)置電源的直流輸出電壓、電流和過壓愛護(hù)(OVP)。這些值通過供應(yīng)一個(gè)電壓信號(hào)、一個(gè)電流信號(hào)或?qū)⒁粋€(gè)電阻連接到模擬輸入端進(jìn)行把握。舉例來說，你可以使用 plc 的模擬輸出把握電源的輸出電壓?；蛘吣憧梢允褂脽崦綦娮璋盐针娫吹妮敵?。另外還供應(yīng)電壓與電流監(jiān)視信號(hào)線和把握線，可以讓你在毫秒反應(yīng)時(shí)間內(nèi)使能或終止電源。

10、本地和遠(yuǎn)程檢測(cè)

很多直流電源可以被配置為本地或遠(yuǎn)程檢測(cè)。為了進(jìn)行更加精確的輸出電壓設(shè)置，應(yīng)當(dāng)使用遠(yuǎn)程檢測(cè)。在這種模式中，你可以檢測(cè)電源連接負(fù)載處的電壓。這種方法會(huì)補(bǔ)償引線上的壓降。

假如檢測(cè)線很長，建議使用屏蔽線纜，以避開任何可能疊加到主直流輸出上的干擾。遠(yuǎn)程檢測(cè)通?？梢匝a(bǔ)償比規(guī)定大得多的壓降使用遠(yuǎn)程檢測(cè)可能消滅的一個(gè)問題是，當(dāng)電源線上的壓降較高時(shí)瞬態(tài)響應(yīng)可能較慢，但通常這不是個(gè)問題。

11、恒流模式

雖然大多數(shù)電源用在恒壓模式，但也有很多應(yīng)用要求直流電源工作在恒流模式。當(dāng)工作在恒流模式時(shí)，一些功能或規(guī)格參數(shù)是不行用的。例如在恒流模式下，遠(yuǎn)程檢測(cè)就不再是考慮事項(xiàng)，輸出電壓設(shè)定點(diǎn)精度和辨別率也是。重要的是精確的電流把握。輸出電壓紋波和噪聲也不像輸出電流紋波和噪聲那樣重要。

在恒流模式中，模擬把握可以驅(qū)動(dòng)變化速度至少是電壓變化100 倍的電流變化。從電壓模式到電流模式的轉(zhuǎn)換是自動(dòng)的。一旦電流需求超過設(shè)定的電流極限，直流電源就會(huì)向下調(diào)整電壓以匹配設(shè)定的電流極限，并使輸出電流保持恒定。

12、浪涌電流

對(duì)一些應(yīng)用來說，浪涌電流是一個(gè)重點(diǎn)考慮因素。浪涌電流是**次開機(jī)時(shí)電子設(shè)備抽取的瞬態(tài)輸入電流。像電機(jī)和電源轉(zhuǎn)換器等一些負(fù)載會(huì)抽取很大的浪涌電流。因此電源需要通過調(diào)整以適應(yīng)這種浪涌電流。

13、數(shù)字把握和測(cè)量

一般來說，可編程電源的輸出電壓和電流可以通過數(shù)字接口實(shí)現(xiàn)*精確的設(shè)定，并且具有**的辨別率。如前所述，直流電源通常供應(yīng)很多不同種類的接口，包括RS-232、RS-485、USB、GPIB、Modbus-TCP、Modbus-RTU 和以太網(wǎng)。

除了硬件外，大多數(shù)直流電源公司還供應(yīng)相關(guān)的軟件，掛念你便利地將直流電源集成進(jìn)你的系統(tǒng)中。例如，AMETEK隨每個(gè)電源都供應(yīng) IVI 驅(qū)動(dòng)程序，電源可以用標(biāo)準(zhǔn)的 SCPI 命令進(jìn)行編程。這樣就使得系統(tǒng)編程和系統(tǒng)集成簡(jiǎn)潔得多。

14、附件和支持

在選擇電源時(shí)附件的多少也是一個(gè)重要的考慮因素。例如，假如你方案用機(jī)架安裝電源，那就要檢查你的電源是否帶機(jī)架安裝附件。購買現(xiàn)成的機(jī)架安裝套件總是比你自己做一套要廉價(jià)得多。