【技術(shù)大咖測試筆記系列】之三:怎樣選擇合適的臺式電源?
發(fā)布時間:2021-09-06 來源:泰克科技技術(shù)大咖 Andrea Vinci 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】電氣工程師和電路設(shè)計人員供電和測試電路系統(tǒng)設(shè)計時,DC電源是他們使用的測試測量設(shè)備中的標(biāo)配。那么它有哪些具體功能?怎樣才能為應(yīng)用找到適當(dāng)?shù)呐_式電源呢?
何為“臺式電源”及其分類
臺式電源提供直流電壓,為被測器件供電,如電路板或電子產(chǎn)品。臺式電源一般位于工程師的工作區(qū)或工作臺上,因此也稱為“臺式電源”。在工程師或電路設(shè)計人員需要測試某個器件(一般稱為被測器件DUT)時,他們要為被測器件提供設(shè)定的電壓或電流。臺式電源允許工程師設(shè)置和提供特定電壓,為DUT供電,確認(rèn)器件以預(yù)計方式工作。如果不符合預(yù)計方式,那么就要調(diào)試并再次測試。
盡管臺式電源種類繁多,但這些儀器在廣義上可以分成三大類:單通道和多通道電源,雙極電源和單極電源,線性電源和開關(guān)式電源。
單通道和多通道臺式電源
顧名思義,單通道臺式電源只有一個可控輸出,而多通道電源則有兩個或以上的輸出。多通道電源一般用來開發(fā)同時采用數(shù)字電路和模擬電路或雙極電路的器件。
雙極和單極臺式電源
單極電源只能產(chǎn)生正電壓。工程師可以從技術(shù)上將連接到電源的引線切換到負(fù)電壓,而雙極電源則既能提供正電壓,也能提供負(fù)電壓。雙極電源能夠處理更多種類的功率應(yīng)用,但價格較高,使用起來更復(fù)雜,因此許多工程師在DC功率應(yīng)用中選擇單極臺式電源。
線性和開關(guān)式臺式電源
線性電源能夠提供高精度測量,噪聲或信號干擾非常小。但它們一般更重,尺寸更大,提供的功率較少,效率較差。開關(guān)式電源更緊湊,提供的功率更多,但一般有高頻噪聲,測量精度較差。開關(guān)式電源通常用于功率密度成問題的應(yīng)用,比如要在很小的空間內(nèi)獲得高得多的功率,而線性電源則用于要求為小的模擬電路供電的應(yīng)用。
怎樣選擇適當(dāng)?shù)呐_式電源
通過選擇相應(yīng)的電源,并且更深入地了解其功能和特性,工程師可以更快地運行測試,更精確地進(jìn)行測量。在購買臺式電源時要考慮許多因素,最重要的因素有:
1)考慮可編程電源
在使用臺式電源運行長測試或復(fù)雜測試時,手動設(shè)置電壓值和電流極限會浪費寶貴的時間。幸運的是,大多數(shù)臺式電源帶有測試序列功能,支持基本編程能力。通過使用測試序列功能,工程師可以對電壓值、電流極限值和每個設(shè)置的時間編程。這提供了一種簡單的方式,可以運行擁有多個預(yù)定輸出電壓和時間的復(fù)雜測試,而又不用在臺式電源上手動調(diào)節(jié)設(shè)置,操作人員可以把更多的時間放在獲得優(yōu)質(zhì)測量上。
2)選擇正確功率極限的臺式電源
DC電源通常會按最大電壓和最大電流分類。在尋找適當(dāng)?shù)碾娫捶矫?,這無疑提供了重要的信息,但別忘了還要看一下功率極限。例如,2260B-30-72臺式電源可以提供高達(dá)30 V或72 A,但它的功率極限是720 W。這意味著這種電源能提供30 V電壓,但達(dá)不到72 A,因為有功率限制。工程師可以使用下面的公式確定生成的功率:
在大多數(shù)情況下,如果用這個公式計算的功率低于臺式電源的功率極限,那么就能正常運行。
選擇擁有遠(yuǎn)程傳感電壓監(jiān)測功能的臺式電源
如果想要最準(zhǔn)確的電壓源,最好使用配備遠(yuǎn)程電壓表或遠(yuǎn)程傳感功能的臺式電源。這樣可以獲得DUT上(而不是輸入端子上)干凈的電壓讀數(shù),因為它補(bǔ)償了測試線的壓降。大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)3英尺左右的測試線的電阻約為50 mΩ (一對測試線約為100 mΩ),因此在使用低電阻DUT時,測試線上的壓降會相當(dāng)大。
尋找擁有相應(yīng)響應(yīng)時間的臺式電源
如果運行的測試中電壓或負(fù)載迅速變化,那么響應(yīng)時間至關(guān)重要。響應(yīng)時間是指臺式電源向上傾斜(上升時間)或向下傾斜(下降時間)到設(shè)定電壓所需的時間。注意響應(yīng)時間經(jīng)常會隨著負(fù)載變化。上升時間是指電源從10%的值上升到90%的值所用的時間。下降時間相反,是電源從90%的值下降到10%的值所用的時間。
瞬態(tài)恢復(fù)時間是應(yīng)用負(fù)載后電源恢復(fù)到設(shè)定電平所需的時間長度。如果單獨作為一個指標(biāo),它是一個比較復(fù)雜的參數(shù),所以通常用多個參數(shù)來描述:電壓穩(wěn)定頻段、瞬態(tài)恢復(fù)時間和負(fù)載電流步進(jìn)變化。例如,Keithley 2200系列臺式電源的負(fù)載瞬態(tài)恢復(fù)時間指標(biāo)如下:“在從0.1 A變成1A后<400 μs內(nèi)落到75 mV范圍內(nèi)。” 這意味著,如果電流負(fù)載從0.1 A變成1 A (負(fù)載電流的步進(jìn)變化),那么電源將在不到400 μs內(nèi)(瞬態(tài)恢復(fù)時間)落到75 mV的設(shè)定電壓范圍內(nèi)(電壓穩(wěn)定頻段)。
怎樣使用臺式電源
臺式電源使用起來非常簡單。這些儀器通過引線連接DUT,引線插到臺式電源面板里。工程師可以使用前面板顯示屏,設(shè)置電壓或電流電平,為DUT供電。大多數(shù)臺式電源可以在兩種模式下工作:恒壓模式(CV)和恒流模式(CC)。
1)在恒壓 (CV)和恒流(CC)模式下運行臺式電源
臺式電源的一個重要功能是能夠在恒流 (CC)和恒壓(CV)模式下運行。在CV模式下,電源根據(jù)用戶設(shè)置穩(wěn)定輸出電壓;在CC模式下,電源穩(wěn)定電流。電源在CV模式還是CC模式取決于用戶設(shè)置和負(fù)載的電阻。在CV模式或CC模式下,電源有不同的指標(biāo)。在任意時點,電源穩(wěn)定電壓或電流,并在儀器準(zhǔn)確度范圍內(nèi)與設(shè)置相匹配。
在CV模式下,輸出電壓在儀器準(zhǔn)確度指標(biāo)范圍內(nèi)與電壓設(shè)置相匹配,電流由負(fù)載阻抗確定。在CC模式下,輸出電流與電流極限設(shè)置相匹配,電壓由負(fù)載阻抗確定??梢允褂脷W姆定律確定這些值,具體如下。如果想更嚴(yán)謹(jǐn)些,可以在電阻中包括測試線:
2)在并聯(lián)和串聯(lián)操作下運行臺式電源
如果測試要求更多的功率,可以并聯(lián)或串聯(lián)多個臺式電源,來提高可用的電壓或電流。
串聯(lián)操作:為提高電壓,把一個電源的正輸出連接到另一個電源的負(fù)輸出上,然后把其余的正輸出和負(fù)輸出連接到DUT。
并聯(lián)操作:為提高電流,把兩個正輸出連接到DUT的一個端子上,把兩個負(fù)輸出連接到DUT的另一個端子上。
在組合輸出時,如果想使用遠(yuǎn)程傳感功能,一定要翻閱電源使用說明書。在某些配置下或在使用兩個不同電源時,遠(yuǎn)程傳感功能可能會不能用。
3)為應(yīng)用尋找最好的臺式電源
Series 2280精密測量DC電源提供高達(dá)192W輸出噪聲功率和優(yōu)異的負(fù)載電流測量靈敏度。這些電源提供高達(dá) 6½ 的數(shù)字分辨率,10nA 電流測量分辨率,顯示電壓圖和電流圖。
Series 2281動態(tài)建模電池仿真裝置把電池測試、電池仿真與高精度電源功能整合在一起,它能夠分析被測器件的直流功耗,測試電池,根據(jù)電池充電過程生成電池模型,為任何類型的電池建模。獨特的顯示畫面,顯示電池狀態(tài),提供精密電源模式。
如需進(jìn)一步了解臺式電源,可以查看我們的臺式電源選型指南或瀏覽我們的DC電源總集。如想了解怎樣為您的應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)呐_式電源,請與泰克專家聯(lián)系。
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