程控电源技术和应用指南--连载中....

程控电源技术和应用指南（3）- 恒压和恒流输出模式

很多次有工程师给我提出这样的问题: 安捷伦是否能提供可编程恒流源； 为什么有的时候电源输出会出现不稳定的状态等等。在这篇文章中，我就来谈谈电源的输出特性。

  在所有情况下，理想的恒压电源的输出阻抗应该为零。如图 1 所示，即无论负载吸取的电流如何变化，电压都应始终保持为常数。

  在所有情况下， 理想的恒流电源的输出阻抗应为无穷大。如图 2  所示，理想的恒流电源通过改变输出电压， 来适应负载电阻的改变，其量值正好保持输出恒定的电流。

  安捷伦几乎所有的可编程电源的输出， 即可工作于恒压（CV）模式， 也可工作在恒流（CC）模式。但在某种不确定的条件下，电源可能既不在 CV， 也不在 CC 模式， 而处于非调整状态。

     图 3 显示的是该电源输出的工作模式。电源的工作点分别在斜线 RL = RC 的上方或下方。 这条线表示的是负载恰好工作在设定的输出电压和输出电流位置。 当负载 RL > RC 时，这时负载的工作电流低于设置值的点， 电压主导了输出， 此时电源处于恒压模式。 点 1 处的负载电阻值要高于RC，输出电压即为设置的电压，而输出电流则要小于设置的电流。在这种情况下，电源为恒压模式，而设置电流则成为了限制电流。

   当负载 RLC 时，这时负载实际电压要低于设置的电压，电流主导了输出。此时电源处于恒流模式。此时，点 2 处负载的电阻值要低于Rc， 输出电压就会低于设置电压，而输出电流等于设置的电流， 电源处在恒流模式，设置电压则成为了作为限制电压。       在一些极端情况下， 电源可能会进入既非 CV、  也非 CC 的工作模式，它就处于非调整状态。此种模式的输出往往是不可预期的。非调整模式的出现原因，可能是供电的交流电源电压低于规范值的结果。非调整条件可能在瞬间出现。例如，当编程输出非常高的电压跳变时，输出电容器或大的电容性负载会用最大的设定电流充电。在输出电压上升期间，电源即处于非调整模式。在电源从CV转换的CC状态的过程中，如果这时输出端短路，在转换过程中也可能产生短暂的非调整状态. 因此， 引发 UNR 的可能原因包括：1.    电源存在内部故障。2.  交流输入电压低于规定范围。3.    负载电阻是 RC，它的阻值变化导致电源在 CV 和 CC 之间来回切换（参见图 1）。4.     当输出端并联时，电源输出受到其它的电流源的影响。5.     输出在 CV 和 CC 之间来回切换。这种频繁切换会导致短暂的 UNR。

   关于电源的恒压和恒流工作模式，可以从以下的两个视频材料中，看到实际的演示：

   视频1 – 视频讲解：http://v.youku.com/v_show/id_XMzc0MTE1Nzcy.html?f=17488112

   视频2- 视频演示：http://v.youku.com/v_show/id_XMzczNzY1NDky.html?f=17488112

程控电源技术与应用指南（4）- 纹波和噪声

在工程师们使用电源为被测件供电时，首先需要考虑的是电压、电流、功率，之后可能就是输出噪声了。理想电源应该有完美的 DC 输出， 在通道输出没有串扰信号，也没有任何信号从地线串扰到输出端。 但实际上，电源输出端上都存在有限的噪声； 在输出端与大地之间， 由于阻抗不是无穷大，也存在一些漏电流。 前者称为差模（或串模）电压噪声，后者称为共模电流噪声。图 1 就是关于共模与差模噪声源的简图

差模电压噪声是我们通常提到的电源噪声， 其来源主要是与输入电网频率相关的纹波以及其它随机噪声叠加构成。在开关电源中， 高频开关是最重要的纹波和噪声的来源。在高品质台式程控电源中，这两种噪声输出都很小，其噪声电压的峰峰值通常在2-10mV。同时，为了减少周围环境引入噪声，需要使用双绞线与被测件连接，并且让电源远离大功率设备及其它噪声源， 以确保差模电压噪声保持在很低的水平。

共模电流噪声是输出端与地之间的电流噪声信号。 通常情况下， 线性直流电源共模电流噪声要远优于开关直流电源。对于一些对噪声很敏感的应用， 如果不注意到这点，就可能会成为问题。下图显示共模电流噪声回路，因此，共模噪声本身就是电流信号。  

    在传统开关程控电源中，共模电流噪声通常要比线性电源高得多。在开关电源中，开关管通常是固定在散热器上，这样它们之间就存在一个寄生电容。开关管的高压转换(dV/dt)在电容上耦合到输出，通过这个寄生电容生成高达上百毫安的峰值高频共模电流。相比之下，正常设计的线性直流电源通常只会生成几微安的峰值共模电流噪声。但值得一提的是，如果设计不慎，线性直流电源仍能够生成几毫安的峰值共模电流噪声。    在回路中，共模电流噪声通过回路上的阻抗，会转化成高频电压噪声， 当这个高频电压噪声叠加在直流输出电压上时，会可能成为问题，它会体现基本与常模噪声基本相同的特征。 当然，这取决于被测件回路中的电流幅度和阻抗不平衡。如果足够大，这要比常模(差模) 电压噪声更加麻烦。一般来说，微安级的线性DC电源可以忽略不计，而传统开关DC电源几百毫安的电流则应该引起关注。因此，尽量减少接地线的长度、实现测试系统的共地都是减少共模噪声的有效方法。 由于共模电流噪声经常被错误理解或忽略，人们可能会留下错误的印象，即开关DC电源有高共模电流噪声，从而认为所有开关电源都不适合进行测试。    但事实证明，共模电流噪声通常对大多数应用并不是问题，大多数应用对噪声相对并不敏感。例如，这里讨论的通信和数字信息系统使用的器件， 在实际使用时就通过开关 DC电源供电。同样，数字电路在电路板上可能会生成相当大的噪声，本身就有明显的噪声余量。       但有些时候，共模电流噪声将会是个问题。 像一些诸如雷达这样灵敏的模拟电路，需要增加滤波后， 才可利用一些高性能的开关电源。这些开关电源可以在测试夹具上采用相应的低通滤波技术，能够衰减共模电流噪声中存在的高频谐波。这些滤波技术还可以有效用于其它高频噪声上的抑制，包括AC源EMI和接地环路拾取的噪声。不管采用哪种电源结构，这些噪声都可能会存在的。 

     下表汇总了各种DC电源典型的共模电流噪声性能。通过认真设计电源，可以最大限度地降低共模电流噪声，使系统开关电源适合低噪声测试的应用要求。例如，Agilent N6762A 电源模块就是开关电源的结构，但其峰值共模电流噪声不到2毫安。由于它已经达到甚至优于线性电源的性能，因此不管什么样的应用，其都不可能成为问题。

由于这个共模电流噪声的存在，对地之间的任何阻抗都会产生一个压降这个压降等于该共模噪声电流乘以阻抗值。为了将它降到最低，可以将电源与被测件共地。 当然，这必须是一个干净的地。此外，任何对地阻抗都应有与之互补的对地阻抗值，从而由于阻抗的平衡抵消了任何产生的电压。当如果这个电路不是以大地为参考，例如差浮地供电，那么共模电源噪声通常就不会成为问题。

程控电源技术与应用指南（5）- 超低纹波和噪声的精确测量方法

不同种类的电源， 其噪声指标有着非常大的差别，从上百毫伏峰峰值的电源适配器，到峰峰值只有几毫伏、有效值在微伏级的程控电源。 为了最大程度减小对被测件的影响，需要把可编程电源输出的纹波和噪声尽量降低。

下图显示的是不同种类电源的大致噪声范围

   对于高品质的程控电源，其噪声的峰峰值通常需要在10mV以下。这里需要特别注意的是， 在厂家电源产品手册中列出的噪声指标，必须在电源标定的最大输出电压和电流输出情况下，测试其输出噪声值获得的纹波噪声指标。  

安捷伦众多可编程电源的输出噪声的峰峰值只有2-3mV. 如果利用通常的示波器电子负载的噪声测量方法来测量这么低的噪声，会有很大的困难， 而且也会有很大的误差。这是因为：

1．  测量噪声峰峰值的经典仪器是示波器，但绝大多数示波器的本底噪声都高于1mV. 这样，电源本身的噪声可能被淹没在了示波器的本底噪声中，而无法测量。 虽然目前市面上出现了高分辨率的示波器，但由于其本底噪声的指标没有根本改善，这个问题还是没办法解决。

2．  在噪声测量是，需要负载来牵引电源的输出，通常会用到电子负载。 但电子负载本身的噪声将会直接影响到电源噪声的测量

     因此，为了测量出高性能程控电源的微小噪声，必须采用与常规电源噪声测量不同的方法。在下面这段视频中，我们介绍了安捷伦的测量方法。

1．  电源在噪声测试时，将输出设为最高输出值，这样可以测量获得最恶劣的噪声情况

2．  采用固定电阻作为牵引负载，避免电子负载噪声引起的测量误差

3．  采用10倍增益的高品质差分放大器， 首先将噪声放大，再用示波器进行测量

4．  利用30MHz的有效值电压表测量噪声的有效值

观看安捷伦程控电源噪声测量过程视频，请访问：http://v.youku.com/v_show/id_XNTAzMTYwODAw.html?f=17488112

欢迎大家踊跃提问。

程控电源技术和应用指南（6）- 减小电源到被测件的噪声

噪声有些时候会对被测量造成一些难以预料的影响。在数字电路中，过高的噪声可能会引起误码；而在模拟电路中，如果噪声串入一些诸如放大器的电路，可能会使整个系统的特性发生变化。因此， 如果被测件对直流电源输入中的噪声敏感，肯定需要尽可能地减少输入噪声。 为了达到这个目的，需要从多方方面来考虑。我们为概括了以下这三个最简单可行的步骤：

选择低噪声电源：从纯净电源开始， 设法将噪声降至最低。

    由于电源产生的噪声很难滤除，需要选择一款极低噪声的纯净电源。线性电源往往能够满足这一需求；然而，线性电源的体积较大，容易产生大量的热， 效率低。因而，您还可以选择开关电源。现代开关电源技术已经有大幅提升，输出的噪声可与线性电源相媲美。例如安捷伦的N6761A精密电源模块，其噪声的峰峰值小于4mV， 而有效值更是小于0.5mV. 

   选择具有低有效值和峰峰值电压噪声的电源， 仅仅是一个良好的开端。通过为被测件与电源之间建立恰当的引线连接，也能最大限度地减少噪声。

屏蔽电源至被测件连接

电源与被测件之间的连接容易受到不同类型噪声的影响和干扰， 包括电感耦合、电容耦合和射频干扰。有很多降低噪声的方法，其中最有效的是确保电源与负载连接的导线和感应线全部使用双绞线，要求更高的在要考虑使用屏蔽电缆。

在使用屏蔽电缆时，要确保将屏蔽的一端接地。如图 1 所示，  屏蔽的一端与电源的地接在一起，否则会增加接地电容。

   屏蔽电缆两端不得同时接地，否则会形成接地回路电流。图 2 显示了电源接地和被测件接地之间的电位差所引起的接地回路电流。接地回路电流会在布线上生成电压，表现为被测件中的噪声。

图 2：屏蔽线错误连到电缆的两端，会形成接地回路电流

平衡输出至接地阻抗

共模噪声是共模电流从电源内部流经接地回路时生成的噪声，共模电流会在接地阻抗上和电缆阻抗上产生电压。为了将共模电流的影响降至最低，需要对电源上的正负输出端的接地阻抗实施均衡。还应当对被测件正负输入端与接地之间的阻抗实施均衡。将共模扼流器与输出引线串联，并在每个接地引线上使用并联电容器，即可完成这个工作。

此外， 在考虑接地线的时候，必须考虑测试系统中，被测件和测试仪器共地，如图3所示。而且这个共地点，必须是一个非常干净的共地点，不能与其它大型设备，例如空气压缩机、贴片机、波峰焊等采用相同的接地。

程控电源技术和应用指南（7）- 电源的串联和并联

在很多时候，如果我们需要更大的功率，而手边又无法马上找到足够大功率的电源， 我们往往首先想到要将两或多个电源输出进行串联或并联，来获得更高的电压、电流或功率。实际上，很多的程控电源是可以进行串联或并联设置的，但一定要利用正确的方法。

当您串联多个输出以实现更高电压时，请遵守下述注意事项：

•       总电压绝不超过任意一台输出电源的额定浮地电压， 即输出端与地之间的最高隔离电压。一般的程控直流电源的安全浮地电压为240V， 有些高压输出的电源安全浮地电压也要高一些。

•       每一台电源输出都不能设为负电压输出。

•       串联电源的电压和电流设定的输出值都应该一致。

设置每一个电源输出时， 首要任务是考虑希望得到的总电压值。为此，首先把每个输出电流的限制值设为负载最大能够承受的电流限制值。 其次，根据希望得到的总电压，平均分配到每个电源上。例如，如果您使用了两个电源串联输出，可将每个输出设为总电压值的一半。如果您使用三个电源串联输出，可将每个输出电压设为总电压的三分之一 。

当您并联多个电源输出， 以实现更高电流输出时，请遵守下述注意事项：

•       其中一个电源作为主电源， 输出必须在恒压（CV）模式下工作，其它的作为从电源，输出在恒流（CC）模式下工作

•       输出负载必须能消耗足够的电流，以保证输出在恒流模式中的恒流输出

•       尽量采用同型号的程控电源，或具有相同电压和电流额定值的输出。

将所有输出的电流限制设为相同值，最大电流就是它们的总和 。将主电源设为 CV 输出模式， 它设置的电压就是整个系统所需要的电压。 而其它从电源的电压设置要略高于主电源，这样它们就会工作在 CC 输出模式，提供更多的输出电流， 并且会实际输出电压会低于设置电压，而与主电源的输出电压匹配。 于是，这些电源就能为负载的需求提供充足的电流。例如，我们用3台20V， 5A的电源并联为15V， 12A的单路输出。 首先要确保负载能够吸收足够大的电流。其次，选择其中一台作为主电源，设为15V，4A输出。其它两台作为从电源，可以设为16V， 4A输出。

为了直接感测负载端的电压，需要使用串联或并联设置下的远端感应。对于某些电源，您必须将每个输出设为“远端感应”，有时称为“4线模式”。

使用串联连接下的远端感应：

当您在串联配置下使用远端感应时，采取串联方式连接每个输出上的远端感应端，并将感应端子与负载连接（如图 1 所示）。

使用并联连接下的远端感应：

当您在并联配置下使用远端感应时，采取并联方式连接每个输出上的远端感应端子，并将端子与负载连接（如图 2 所示）。

为简化并联输出的设置，部分电源支持“输出分组”高级特性。该特性最多可对四个相同型号的输出进行“分组”，就像控制单个电源的电流输出一样，来控制所有分组中电源的输出。关于这个话题，我们会在将来的文章中详细描述

程控电源技术和应用指南（8）- 远端回读精确控制电压

前些天，有位工程师给我们打电话，说他在使用一个大电源，给LED启动器供电是，电压显示正常，电流也有输出，但就是系统无法工作。甚至发现，在用数字表读取负载端输入电压时，发现与电源上的电压显示有明显的不同，于是怀疑是电源质量问题。后来，经过一步步的检查才发现，这是由于电源和负载直接的远端感应线错接引起的问题。

理想状态下，电源与负载间的引线连接不存在电阻。事实上，引线的电阻会随着引线长度和线规而增大。 当电流在电线中传输时，就可能产生电压降，降低负载的电压。这种情况在有些场合非常常见，例如在自动化测试系统中，其导线的长度会有4-10米，中间还可能会有些控制开关，整个回路中导线的电阻可能达到0.1-0.5欧姆。如果这是回路中的电流达到10A，其导线上的电压损耗可能足以影响整个测试过程。在一些现场测试中，我们看到有些导线又几十米，甚至几百米，如果处理不当，被测设备都无法正常工作。为了弥补这一点，需要使用远端感应来补偿导线上的压降。

    通常，电源出厂时会在输出端上连接电压感应线。 如果电源到负载的引线很长， 而且可能有继电器和连接器的复杂设置，输出端的电压将无法精确地传递到负载端。（图 1）

          图1： 在输出端上连接感应引线，6 英尺长的 14 AWG 引线产生的影响。引线会产生 0.3 V 的压降（每个引线 0.15 V）

   电源与负载连接线上的电阻造成的电压损耗，可能会使负载端的实际电压远远低于您的预期， 这个电阻值取决于电线的尺寸和长度。 例如，高电流总会引起明显的压降，即便是使用短的负载引线。下表1中列出了不同尺寸的铜线的电阻：

  通常，铜线的尺寸每增加 3 gauge，电阻就会双倍增加。您必须选择恰当尺寸的电线， 以满足负载的电流要求，负载中的远端感应将会改善电压调整效果，使您无需缩短引线长度或降低线规。

  在测试过程中，特别是如果遇到接线长、电流大的情况，就千万不要忽略导线上的电压降。如果在回路上的电压降是0.3-0.5V，您的被测设备的工作电压是3.6V， 甚至在1.8V或1.2V， 这个影响将是致命的。这不仅会影响到精确的测量，更重要的是可能使被测设备自动关机、不停重复启动，无法正常工作。

   将远端感应端连接到负载端，内部回馈放大器可以直接读取负载端（而不是输出端子的）电压。鉴于控制回路能够直接感测负载电压，电源通过补偿，会使负载电压保持恒定，而不必过多考虑负载引线尺寸、负载引线长度、输出继电器或连接器引起的压降。

使用远端感应时需要注意以下几点：

为了实施远端感应， 在为被测件供电前，需要完成以下几步（图 2）：

       图 2：使用远端感应来补偿负载引线上的压降

程控电源技术和应用指南（9）- 负载效应和源效应

很多的测量工作，是利用程控直流电源为被测件供电，完成整个测试过程。 在设定的电压点进行测量时，我们希望供电电压是非常稳定和准确的。但实际上，会有一些因素，造成供电电压的不稳定。这就包括电源的负载效应和源效应：

电源的负载效应

    以前我们谈过，理想的电压源其内阻为零，这样，输出的电压会全部加在被测件上。 但实际上，每个电源或多或少都有些内阻存在。这样，当负载电流发生变化时， 由于内阻的分压作用， 会对输出电压有一定的影响， 这就是我们通常所称的负载效应。 在安捷伦的程控电源中， 负载效应通常是最大输出电压的万分之一。例如，最大输出电压在20V的，负载效应通常在1-2mV。对于最高600V的输出，这个值在60mV。

以下视频演示了如何测量电源的负载效应

http://v.youku.com/v_show/id_XNDI5NjI1MjQ0.html?f=17488112

    电源的源效应

       是指电源输入的线电压变化对输出电压的影响。在电源的输入电压工作范围内，这个值也很小，安捷伦电源的源效应通常也在1-2mV。即使对于具备通用线电源输入的型号，例如N5700和N8700系列，允许的输人电压范围在85-265VAC, 而源效应也很低。对于600V的输出型号，源效应为62mV, 也在万分之一的量级。

程控电源技术和应用指南（10）- 瞬态响应（上篇）

首先来看一下这个波形（图１）， 大约120mV的电压跌落，持续时间约为30uS。这是一个高性能的程控电源的输出，当负载电流猛然增大时，输出电压瞬间的变化情况。

图1：负载电流从1mA跳变到500mA时，输出电压的变化

    这是任何电源都存在的问题。当负载吸收电流发生跳变的瞬间，就会造成电源输出端的电压瞬间偏离设定值。 这个示波器屏幕的截图（图1），就是当我的一个电源的负载电流，从1mA 瞬间变化到500mA时， 输出电压经历了约30uS 瞬间变化。

电源的这个特性，就是我们通常所称的负载瞬态恢复时间，或者瞬态响应时间。它表征的是，当负载电流发生突然变化的时候，电源电压恢复到设定范围内所需要的时间。如图2所示：

　图2：负载电流突然变化，造成电源电压出现瞬态响应

在表征电源的瞬态响应， 我们会考虑3点：

    不同的电源就有不同的瞬态响应时间。例如，安捷伦N6705直流电源分析仪中所用的高性能模块N6751A 和精密模块 N6761A， 在指标中标为：

   瞬态电压特性是电源本身固有的特性。 电源内部有很多的储能元件，电压的调整需要从输出回读、比较标准电压、调整开关占空比等一系列过程。提高控制回路的速度，可以提供更短的瞬态响应时间。 但有可能造成输出非常不稳定，甚至出现振荡，就像我在图2中所示的。因此，具备快速瞬态响应能力的电源，通常为了保证输出质量，就必须采用一些更为先进的技术，从而提升了成本和价格。

    如果电压瞬态响应能力较差，导致电压跌落/过冲时间过长，幅度过大，直接会造成很多问题。 特别是对于不停快速变化的负载，如手机、Wifi、无线传感器等这些无线通信的设备和器件， 其变化速度可能已经超过电源的瞬态响应能力，就会使电源电压无法达到其设定值，甚至还会造成被测件的自动关机或重复启动。这会让测量无法正常进行。因此，如果有这种应用，就必须考虑采用一个更快响应能力的电源。

    瞬态电压过冲或跌落幅度通常不被表怔, 这是由于该参数很大程度上取决与负载的特性。 通常情况下，这个值会小于1V。但市面上有些电源的瞬态响应时间过长，如果处理不好，在负载、电源及导线共同影响下, 过冲电压可能会达到1-4V。

  关于如何减小瞬态电压变化幅度，以确保被测件的正常工作和精确的测量，请看下一篇。

程控电源技术和应用指南（10）- 瞬态响应（下篇）

为了减小瞬态电压变化幅度，一个常用的做法是在电路中并联一个大电容，如图3所示。

          图3：在电路中并联电容的方法

         在加入电容后，对提升电路的瞬态响应能力，往往会起到比较明显的效果。如图4所示的，我们在用一个通用电源测量GSM手机脉冲电流，在没有并联电容的时候，瞬间电源跌落会达到0.6V （见图4左）. 对于一个工作在3.8V的手机来说，这样大的电源跌落足以造成手机自动关机。当我们并联了一个2000uF的电容后，电源跌落降到了0.2V以下，得到明显改善，见图4右所示。

   图4：用一个通用电源给GSM手机供电，在电路中加入电容效果比较

但并联电容的方法会带来以下负面的影响，主要有：

    因此，如果我们的被测件有类似的负载特性，必须要考虑使用具备高速电压瞬态响应能力的电源。例如安捷伦N6780系列电源模块。如表1所示，其负载在10-90%范围内变化时，其瞬变时间小于35uS, 而电压的跌落也可控制在40mV 之内。

在图5中， 就是利用N6781A电源模块启用了电池内阻仿真后，给同样的GSM手机供电。

 图5:  N6781A 设置了150毫欧的电池内阻仿真

在图5中，我们可以看到N6781A电池内阻仿真，是电流在高点时，仿真出了电池的负载效应。 在没有并联电容的情况下，由于电源本身的快速电压瞬态响应能力，在测试过程中并没有看到明显的瞬间电压跌落或脉冲。

因此，如果您的被测件负载是一个动态的负载，在测量过程中， 由于负载电流的瞬变， 会造成负载端电压的不稳定，这是就考虑为其供电的电源具备快速瞬态响应能力， 快速补偿可能出现的瞬间跌落和脉冲，以确保测试工作的顺利进行。

关于这个部分，您可以收看相关视频：精密仿真电池特性

http://v.youku.com/v_show/id_XMzk4NDgzMjky.html?f=17066502

程控电源技术和应用指南（11）- 快速编程能力

首先我们来看图1。这是从PC给电源发送指令开始，电源对指令进行处理，进而调整电压上升、稳定之后，进行测量过程，之后下降，再降回到V0

            图1：完成一个工作电压测试的全部过程

   这种情况，几乎发生在任何的测试过程中。这就是我们给每个被测距上电的真实过程。整个过程中，除测量的时间外，电源变化的过程需要多长时间呢？在高性能电源中都有明确的指标。对于安捷伦N6700 模块化电源主机和N6752A 100W高性能电源模块，时间基本上是这样的：

1.   指令处理时间：1mS

2.   电压上升和稳定时间：0-50V， 1.4ms (纯电阻负载)

3.   电压下降时间：50-0V， 1.5ms (纯电阻负载) 

    这样下来，全被的时间在5ms 之内。但如果对于一个普通的可编程电源，这个指标是多少呢？基本上在50-200ms. 相差数十倍。很多市场上的可编程电源说明书中甚至找不到这样的指标。

   快速编程能力是指高性能程控电源在处理收到的指令后，快速将输出电压达到设定值的能力，即电压的快速上编程能力（Fast Up-Programming），和电压的快速下编程能力（Fast Down-Programming）。由于电源内部有很多的储能元件和非常复杂的精密测量及控制系统，都会降低电压的变化速度。容性或感性的负载，也会使电压的变化速度大大降低。通常情况下，小功率线性电压要快一些，在纯阻性负载的情况下，从输出的10-90% 大约为10-20mS. 而开关电源则要慢一些, 可能要100mS 以上。市面上也有些特殊的电源，如双极型电源会更快，但由于其让人难以忍受的高噪声和过冲及不稳定性，应用领域非常特殊。

    具有快速编程能力的电源会为很多测试工作带来好处。例如，在产品研发和验证过程中的电压拉偏实验、电源瞬变的仿真、以及模拟汽车电子测试中ISO16750标准中的电压变化模板等；在自动测试系统中， 更能提升测试的吞吐率。关于这部分应用，我将在下一篇文章中详细介绍。 程控电源的快速编程能力，是由电源内部的器件性能、回读速度和反馈回路的性能决定的。特别是快速下编程的更难实现。

    普通的程控电源在电压下降过程中，主要是靠输出端的电容以及连接在一起的被测件缓慢地放电，这个过程往往需要数百毫秒，甚至更长。 如果仅仅把电源作为静态电压源，那就不是问题，但当在电压不断变化的情况下的测试时，例如一些汽车电子产品测试过程中，电压需要改变20-30次，这样缓慢的放电就等于缓慢和低效的测试。 在具备快速下编程能力的电源中， 都设计有主动放电电路， 数十倍提高放电速度，以迅速下拉输出电压。这就相当于正电压输出的时候，电源本身提供了一个强制的反向放电能力，也就是电源在二象限工作的能力。有时我们也称之为电源的“阱电流”能力。 如图1所示。

图2：电源的两象限工作和阱电流

   安捷伦的程控电源使用了两种快速下编程电路：在图3中，FET跨在输出端上。每当输出电压高于编程值，FET就被激活而给输出电容器放电。FET的阱电流范围从电源额定输出电流的10%到20%。低压时的最大负载被限制为FET 的开启电阻加串联的负载电阻，因此下编程电流在接近0V 时性能会略有下降。

  在图4 中，下编程电路位于电源的正端和负端之间。这种设计可完全下拉输出，接近0V 时的性能也不降低。有些电源，如Agilent 662xA 和663xB 系列电源的阱电流能等于额定的满度输出电流。而663xB 系列的阱电流是可编程的，因此既能把该电源用作可编程电源，也能用作可编程负载，这对于电池充放电这类应用是非常有用的。

巧用列表模式 -程控电源技术和应用（13）

多数情况下，电源被用来输出恒定的偏置电压。然而，越来越多的高级测试应用要求使用随时间变化的电压或电流。典型的就是类似汽车电子的被测件，其典型的特征就是非常宽泛的工作电压。在测试过程，就需要在一系列电压变化的过程中完成的，当然还有军工产品中的电压拉偏试验，甚至是手机在跌落过程中的电压瞬间中断试验等等。在一些先进的高性能电源中，借助列表模式， 可以轻松地实现这些，以积极应对这些高级的测试需求。

什么是列表模式？

    实现电压随时间的变化，如果利用 ＰＣ编程， 一个指令接着一个指令的控制方式，由于PC的操作系统是多任务的系统，仪器本身执行指令也需要一定的时间，这样，每次电压变化需要的时间就会很长，而且不确定度也很大。 这种方法能只能实现大约每秒钟2-10次的电压变化速度。

  列表模式支持您生成电压或电流序列，无需PC控制，使用内部或外部信号同步和步进，或设置电压/电流+ 持续时间的步进控制。在设置了每个步进时间后，您可以通过触发方式，让电源直接安装列表执行步进。 根据驻留时间或触发，使电源采取下一步操作。列表可重复一次或多次（参见图 1）。

图 1：列表是一系列单独编程的电压（或电流）步进，通过触发来启动步进。

为创建列表，需要设置以下内容：

1.  一个或更多个电压或电流的步进 – 已定义电压或电流值

2.  驻留时间 – 与每个电压或电流步进的持续时间

3.     重复计数 – 列表重复次数

因此，列表模式很适合于被测件的多点工作电压或电流的测量。 一些更高性能的电源，可以用列表模式建立电压或电流的波形，用于被测件的瞬态电压或电流特性的表征。这就像一个大功率的任意波形发生器。

如果您的测试工作，如果有这样的情况，电压步进功能就会帮上大忙。 一是测试需要多个稳态电压， 二是测试需要不断变化的电压。 这在原型机的设计验证测试中常用到的。  但需要注意的是，电压变化的带宽受到了电源本身性能指标的限制。 一般的电源生成的电压波形带宽通常仅有几十赫兹。但在一些高性能电源中，例如安捷伦的N6705上的N6752A 高性能电源模块，可以生成高达4KHz 的波形；而N6782A 模块更能达到100KHz， 这个模块的功率功率也可达20W。  

应用列表模式

  您可以利用列表模式对汽车电子系统执行电压波形测试。在引擎启动时（也称为冷车启动），电动马达会消耗大量的电流，因而电池电压将明显下降。当引擎转动并达到电力启动器关闭所需的转速时，电池电压进入稳定阶段。

  您可以查看表1 中的简化序列，以便对汽车电子系统的 ECU 执行设计验证测试。使用这种方法，也可以仿真电压的瞬变，用于测试和验证车用电子设备， 以确保其具有足够余量，应对车载电源总线电压的瞬变。 因此，当您需要对被测件施加随时间变化的电压时，可以选择具有列表模式的高性能电源。

表 1：用于仿真图 2 中的汽车启动瞬变电压的简单列表

图2：冷车启动是，电压瞬变的标准模板

视频1：汽车ABS系统电压瞬态特性验证

视频2：在N6705 上建立大功率的任意波形和序列

http://v.youku.com/v_show/id_XNTE2MjA0NzY4.html?f=18816127

把电源当作大功率功放–可编程电源技术和应用(14)

在《巧用列表模式 - 程控电源技术和应用（13）》中，谈到了利用一些高性能程控电源的列表模式，产生大功率的任意波形，用于汽车电子产品的电压瞬变特性表征。当然，只有一小部分可编程电源具备列表功能。 那么，如果您手边也有一台高性能程控电源，但没有列表功能，但又希望让电源产生连续的可变电压或电流任意波形，那么如何实现呢？

我相信很多人最先想到的方法是用计算机编程控制。但这种方法实现起来非常麻烦，而且速度非常慢， 实现的变化速度基本上就是每秒10次的量级。

事实上，有很多的高性能程控电源具备“模拟编程 Analog Programing” 功能。 具备这种功能的电源，在后面板上都有一套模拟编程接口。这个接口允许我们利用一个模拟信号控制电源电压或电流的输出。您可以利用一台任意波形发生器，编辑好所需要的电压或电流的波形，接着电源的模拟输入端。这样，电源就可以输出与任意波形发生器相同或相近的波形。用这种办法， 可以用非常小功率的波形发生器，控制数百、甚至数千瓦的电源功率输出，这时的电源就像是一个大功率的放大器。 如图1所示。

图1：利用波形发生器控制电源的输出

不少的高性能程控电源都有这种能力。模拟信号的输出端， 就在电源后端的一个专用接口。 因此，如果您有一台不错的程控电源，您可以留意看一看您的电源有没有这样的接口。 在Agilent 6652A （25V/20A/500W 高性能程控电源）中，在后面板上可以看到模拟控制的接口，用不同的连接方法，可以分别实现对电压和电流的控制。 控制信号的输入电压在0-5V，成比例地控制Agilent 6652A 0-25V / 0-20A 的电压和电流输出。

图2：Agilent 6652A 程控电源的模拟编程输入

当然，在波形发生器控制下的电压或电流输出的变化速度，更取决于电源的指标，即快速上编程和快速下编程的能力。例如，在Agilent 6652A中，在满负载情况下，电压从0上升到25V（10% -90%）所需要的时间不大于15ms。而有些更大功率的开关电源，可能需要100ms.  关于这个话题，在文章<程控电源技术和应用指南（11）- 快速编程能力> 有具体的介绍。

用电源精确测量电流 - 程控电源技术和应用（15）

在产品开发过程中，被测件及模块的工作电流测试和表征，是验证产品是否符合设计要求的关键指标。测试电流的方法也有多种，最常见的是使用万用表、分流器或电源中的内置测量功能， 都能够精确地测量被测件的电流。但实际工作中，也需要根据的情况，选择一种最为恰当的测量方法。电源本身精确而可靠的电流测量能力， 具有其它方法难以替代的优势， 可以帮助您解决不少测试难题。

数字万用表电流的直接测量

    常见的电流测量方法是使用台式数字万用表的电流测量功能。尽管很多6位半的数字万用表，例如Agilent 34401A具有很高的精度，但您必须要断开电路， 以将万用表串联在测量回路中。而且，数字万用表的最高电流测量能力很有限，一般不超过10 安培。万用表测量电流的一个缺陷，就是其内部的分流器会造成回路上的电压损耗，从而减小被测件的电压, 在一些极端情况下，甚至会造成系统出现故障。我在《测电流就宕机，万用表惹的祸？ – 雷人的测试故事(3 》一文中，就有关于这方面的故事。

外部分流器+数字万用表测量分流器的压降

    您还可以使用分流器执行电流测量。这需要根据电流范围选择最恰当的分流电阻。测量精度取决于数字万用表的电压测量精度和分流器的精度。虽然这种方法可使您获得非常精确的测量结果，但一些误差也会对您的测量产生不利影响。您必须要留意常被忽视的潜在问题：

1.   热电动势 – 不同种类金属会使热电偶的电压增大

2.   分流器校准 – 需要对分流器的电阻进行经常性的校准，以获得精确的读数

3.   自热效应 – 电流会导致分流器的温度升高， 并引起电阻变化，长时间测量会出现漂移。

     除了这些问题以外，安装分流器时，首先要断开电路连接， 以便将其串联至电路，这会造成电压损耗。在系统中机架安装分流器，可能还需要用到继电器和开关， 增加了系统连接的复杂性。

电源内置的电流回读能力

    借助电源的内置电流回读能力，您能够避免连接分流器的麻烦。电流回读采用内置分流器，内部的补偿功能可以消除由于分流器内阻造成的压降。您也不必断开被测件连接， 或与数字万用表建立连接。

    根据电源的输出范围和性能的不同，其电流的测量精度也不同。表1 列出了高品质电源能够获得的测量精度范围

（表 1）电源电流回读的相对精度

电源测量的精度指标， 不会受到外部分流器的误差影响。因此，电源回读电流的精度非常高，足以应对大多数的电流测量应用，特别是在电源额定输出电流的 10% 至 100% 范围内的电流。但也要特别注意的是，当电源的输出小于其额定功率的10%之后，其测量精度下降非常快。因此，在我们选用电源的时候，一定要选用功率合适的型号，尽可能多地利用其输出功率，这样，高性能电源的各种优势才能最大化，如测量精度、效率、速度、安全保护等性能。

但有些电源与万用表一样，具备多个量程，以确保输出功率在不同情况下，电流和电压的测量精度。例如Agilent N6761A （50W/50V/1.5A）自动量程输出模块，其电压和电流都有多个量程。如表2所示。 在低量程情况下，精度可以达到15uA, 如果配上一个电流高精度测量选件，可以达到1uA 的精度。

表2：N6761A电源模块具有多个电压和电流测量量程，以确保测量精度

总结一下，选择内置电流回读能力，即可获得以下优势：

1.  减少少连接设备数量， 不必使用继电器、开关和额外的布线

2.  容易使用

3.  电源直接显示电流读数

4.  无需断开电路

5.  可确保的精度：精度值已将内部分流器误差考虑在内

6.  同步测量 – 能够用与电源相关的事件， 触发回读测量的开始。

    另外，在一些高性能电源中，还具有数字化仪和数据记录的功能。 数字化仪的功能就像高分辨率的示波器一样，记录短时间的电压和电流波形。而数据记录功能，则可以长时间记录电压、电流及功耗。关于这种测量功能，我将在以后的文章中谈到。

如何确认电源精度 - 程控电源技术和应用指南（16）

动态电流和电压的测量 - 程控电源技术和应用（17）

在之前的文章中，我多次谈到了N6705直流电源的示波器功能。实际上，这是内置在输出模块中的数字化仪，根据型号的不同，位数在12-28bit 之间， 速度的64kSa/s – 200kSa/s 之间。

电源都能测量被测件的静态电压与电流，但有些高性能电源，例如N6705直流电源分析仪，还能用内置的数字化仪测量动态电压与电流。这种电源使用内置数字化仪，这就像在电源内置了一台高分辨率的数字示波器，可以用于电压和电流的波形捕获，或者进行长期的数据采集和记录。

关于数字化仪

数字化仪不同于我们通常所说的A/D转换器。A/D转换器只是数字化仪的一部分，更重要的是，数字化仪包含可信号调理部分，它就像仪器的前端，可以将输入的信号进行增益或衰减，抑制其噪声等，将信号调理成A/D转换器适用的输入信号。可以传统上，数字化仪可用于数据采集，以便捕获和存储模拟信号。与示波器类似， 使用数字化仪同样可以显示模拟信号。 电源的内置数字化仪能够捕获在输出端上的动态电压和电流波形。

图 1 显示了数字化仪将模拟波形转换为一组数据点。在触发的基础上，数字化仪能够测量采样点，并将其保存到缓存器。

图1数字化仪将模拟波形转换为采样数据点

与示波器类似，在执行数字化仪测量时，您可以设置以下三个参数的其中两个：

1.   时间间隔 – 采样的时间间隔

2.   采样数量 – 您想要获得的采样总数

3.         采集时间 – 用于采样的总时间

设置了两个参数之后，剩余参数可通过下面的公式确定：

采集时间 = 时间间隔 x （采样数量 –1）

与示波器类似的是，电源的内置数字化仪可配置电平触发，并捕获电源输出电压波形。但它还可以直接设置在电流上的触发，这是示波器无法做到的， 对于被测件的电流特性分析，这一点是非常重要的。电源的数字化仪将会把波形数据点与读数保存到缓冲器。您可以检索数据，利用任意的标准软件进行分析。您还能使用定制程序或可用的器件表征软件，轻松地显示时域中的结果或执行统计分析，显示非常类似示波器的显视或数据记录仪的显示图。

电源内置的数字化仪应用示例

如果您使用电源来替代电池，您能够捕获流入被测件的动态电流信息，从而更好地了解被测件电池的电流消耗。因此通过适当的设计调整，您将能够优化不同工作模式下的被测件电源管理。

图 2 显示了利用电源输出端的数字化仪和器件表征软件，对手机的电流消耗提取一个采样波形。这就是安捷伦14585A器件表征软件的显示）。这个软件适用于安捷伦的N6705 直流电源分析仪。

图2：器件表征软件使用电源的内置数字化仪来捕获数据，显示了手机对电源的电流消耗。

使用器件表征软件时，捕获数据以图形的方式在时域中显示，与示波器显示信号的方式非常接近。可以清晰看到手机的电流工作波形， 在空闲、接收、和发射状态的电流。当然，您也可以采取其它方式来分析这些数据。

利用这个软件，您可以使用PC与仪器的总线接口，如USB、LAN 或 GPIB）， 捕获数字化波形信息，并传入PC。 获取的数据可用于电源上全屏幕显示波形的平均值计算，就像是前面板显示屏一样，或一段波形数据的计算。 您甚至能够通过改变触发偏置，来采集预触发或后触发数据， 以捕获您感兴趣的波形，例如在测量直流浪涌电流时， 直接捕获峰值电流值。

了解更多电源内置数字化仪的工作方式，可以收看视频：

N6705 演示 - 电源，电表和示波器功能

http://v.youku.com/v_show/id_XMzU0NTkzMjYw.html?f=18816127

电源长时间数据记录的功能 - 程控电源技术和应用指南（18 ）

交流浪涌电流的测量 - 程控电源技术和应用（19）

在AC/DC电源适配器等交流用电设备中， 浪涌电流是必须测量的技术指标。交流浪涌电流的表征要远比直流电流复杂。 这篇文章中，我来介绍一下利用Agilent 6800 系交流源和分析仪测量浪涌电流的最简便方法。

   由于在用电器内部， 例如AC/DC电源适配器， 有很多电容器件， 在设备打开或上电的一瞬间，相当于短路，如果这时电压正通过零点，或处于零点附近，浪涌电流等于零，或很小。但如果电压此处正处于高位，即接近或等于90度，就可能产生一个非常大的浪涌电流，可达到正常工作电流的几十倍，甚至上百倍。这种现象我们在生活中也会经常遇到，例如，当我们把笔记本电脑的电源适配器插入供电插座的一瞬间，往往能看到放电打火的现象。

   对于很多用电器来讲，例如充电器和电脑适配器，表征交流浪涌电流是非常重要的。这不仅作为一项重要的产品技术指标， 也可以帮助我们了解一些设计中的深层次问题，例如选用元器件指标的冗余度，是否会对电网或其它供电线路产生过多的干扰，或者帮助我们选择合适的保险丝。

    但要准确表征这个浪涌电流，是一件非常具有挑战的事情。 这是因为在测试过程中，首先必须严格控制电压启动时的相位，并同步示波器或数字化仪来同时测量输出电压和峰值电流。 最大的浪涌电流会产生在接近电压周期的峰值处， 即90度，并且被测件的AC 输入电容在启动时也已经完全放电。因此，在设计验证过程中，测量往往从约40°- 90°的电压启动相位进行递增测试（见图1），这就需要电源本身具有相位触发的能力，以确保电压到达指定的相位后，能送出一个触发条件，迅速打开输出，并让数字化仪进行采样； 而且， 需要在下一个测试前，让被测件的AC 输入电容在测试之间放电。

传统的测量方法，会选用具有可编程相位能力和输出触发端口的AC源、 数字示波器和电流探头。安捷伦提供的是一个整体的测试方案，就是使用具备分析功能的Agilent 6800系列交流源和分析仪(图2)。

这个仪器有内置的波形产生、电流波形数字化、峰电流测量和同步能力，使您能执行浪涌电流表征，而不需要连接和同步多台其它的设备。在这台仪器的前面板上，有一个Inrush Current 测量按键， 可以设置电压和相位。如果需要获得相关的测试波形，可以用免费的软件。图3就是设置软件界面和测试结果。

这个系列的电源一个有3个型号，分别是375VA，750VA 和 1500VA。 前两种的最大的浪涌电流可以测到40A； 而1500VA的 6813B， 最大浪涌电流可高达80A。 了解详细信息，可访问： www.agilent.com.cn/find/acsource

测量直流浪涌电流的便捷方法-程控电源技术和应用（20）

很多直流供电的设备，在上电或启动的瞬间，同样会有一个较大的浪涌电流。例如， 使用电池为动力的电动工具，例如电动改锥、电动手*钻等， 越来越多地被使用。 这些电动工具启动时的浪涌电流往往非常大，可能会达到正常工作电流的几倍、甚至十几倍。 浪涌电流是用电设备的一个重要的指标，准确测量这个浪涌电流， 不仅是产品性能的需要，也是确保电池的性能和工作寿命能达到设计要求的重要一步。

    相比于交流浪涌电流，直流浪涌电流测量会比较容易。 通常会用到示波器和电流探头，再利用一台电源进行供电。 电流探头的价格一般比较高， 因此有的工程师也会用到一个分流器， 将电流信号转换为电压信号，再用示波器进行测量。但分流器也会带来负面影响，它不仅会产生回路中的电压将，也会由于自热问题产生误差。

    现在可以用更为简单有效的方法测量电流特性。在安捷伦N6705B 直流电源分析仪中，由于有内置的高速、高分辨率的数字化仪，因此， 它既可以作为电源为被测件供电的同时，利用数字化仪实时捕获启动过程中浪涌电流工作波形。 相比于示波器+通用电源测量方法，它有着非常明显的优势：

1.      N6705B可以直接测量电流，只需要用导线连接即可，无需电流探头和分流器进行转换。 这样不仅降低了成本，而且消除了由于传感器和探头带来的误差。

2.      更高的测量精度和分辨率：N6705B测量电流采用12-28bit 的数字化仪，远高于通用示波器

3.      N6705B有电流触发功能，而且可以在供电的同时进行测量， 免去了两台仪器之间同步的麻烦。 使用起来更为方便。

   以下这张截图就是一个浪涌电流的测量。我利用N6705B的大功率任意波形功能，设置其中一个通道的电压阶跃，而同时测量这个通道的电流波形。在电压阶跃变化设置中，可以从0V阶跃到设定值，也可从V1阶跃到设定值。非常方便。

观看优酷中的视频，您可以直接了解到全部的测量过程。

http://v.youku.com/v_show/id_XNTAzMTUwNTA0.html?f=18816127

电源的“刹车系统”OVP - 程控电源的技术和应用（21）

电源的“刹车系统2”（OCP）- 程控电源技术和应用（22）

如果你看到这个场景，你会有何感受呢？你会说：“是司机睡着了”，或是“刹车出问题了？” 对于这个载重几十吨的车来说，刹车性能至关重要。同样，对于一个几十瓦到几十千瓦功率的电源来讲，其安全保护特性就像是它的刹车系统。在产品研发和认证过程中，如果稍有闪失，你的那个贵如黄金般的产品就可能在瞬间灰飞烟灭了！

   上一篇文章中，电源的“刹车系统”OVP - 程控电源的技术和应用（21）， 我们谈到了电源的过压保护（OVP），这篇文章中，我们来谈另外一个同样重要的保护特性- 过流保护（OCP）。

    与过压包括一样，过流保护也同等重要。 这一特性已经成为程控电源，特别是高性能测试电源的一个标准配置的性能。  实际上，在高性能电源中，还有一个电流管理的功能，就是电流限制 (Current Limiting)。过流保护和电流限制并不是彼此孤立的，在实际工作中，OCP和电流限制是配合工作的。

    电流限制就是通过设定电源输出的最大电流值， 将被测件可以输入的最大电流限制到安全水平，保护那些对过高电流非常敏感的被测件，防止大电流造成损坏。限流工作模式实际上也有几种不同的方案，这取决于被测件一旦出现过载后， 在安全方面需要保护的程度。通常情况下，一旦出现过流，电源就立刻会把电流限制在恒流。 但有些时候并不是这样，这需要根据被测件的要求来决定。例如，有些被测件在启动过程中有远超出正常工作电流的启动电路，在短时间内，这个较大的启动电流不会对被测件产生破坏。如果这是立即启动电流限制，被测件就无法正常启动。这就需要将限流的启动时间设定一个延迟。 在高性能电源中， 这是可以通过编程实现的。

     通过将电流限制到设定最大电流值，可以对被测件提供充分的保护，使其不会在遇到过大电流时受到损坏。当在电流限制状态时，如果过载消失，那么电源会自动恢复到恒电压（CV）工作状态。不过，对于某些极易受过载影响的被测件来说，仅仅进行电流限制可能是不够的。在这种情况下，可以将过流保护（OCP）与电流限制结合使用。在OCP启动后，当直流电源进入电流限制状态时，OCP 会在指定时延后， 接管对直流电源的控制，关闭直流电源的输出。工程师可以通过编程控制时延。这样， 在遇到不会对被测件造成损坏的短时间峰值电流，以及其他可接受的短时过载，OCP不会立即启动，关闭直流电源输出。 OCP 与过电压保护（OVP）的相同点是，在OCP启动而关闭电源输出后，需要执行输出保护清除（Output Protect Clear），以使电源复位，重新启用其输出。不同点是，OCP 可以启动和关闭， 默认设置通常是关闭；而 OVP 通常始终是启用的，不能关闭。图 1 为典型的 OCP 事件。

图 1：OCP 的工作原理

当在测试台上或生产测试系统中给被测件供电时，总是必须提供足够的安全防护，防止被测件和测试设备意外受损。除了过电流保护（OCP）之外，系统直流电源还提供了许多其他特性，帮助您预防对过载极其敏感的被测件在测试过程中受到损坏！

更多了解高性能电源的保护能力， 请观看安捷伦技术高手的讲解视频http://v.youku.com/v_show/id_XNTMwNzEwMzAw.html?f=17488112

恒流和限流的区别–程控电源技术和应用（23）

 我们在文章 电源的“刹车系统2”（OCP）- 程控电源技术和应用（22） 谈到了电源的过流保护（OCP）和电流限制（Current Limited）。所谓的电流限制，就是在电源中设定一个电流的高限，一旦负载的电流过载，电源输出即可停留在这个设定的电流限定值。也在文章 程控电源技术和应用指南（3）- 恒压和恒流输出模式， 谈到了电源的恒流工作模式。在这篇文章中， 我们来谈一下恒流工作模式和电流的限制的区别。

  首先，我们先回顾一下具备恒压和恒流（CC/CV）工作模式的高性能电源。 在之前的文章中，我们谈过，安捷伦提供的所有高性能的可编程电源， 都可以实现恒压和恒流工作模式。这已经被实验室和工业界大量使用。在恒流工作模式中，通过调整电压来改变电流是无效的。 这是通过直接调整电流， 达到我们要求的输出值。 从表面上看， 尽管它们经常可以互换使用，但实际上，恒流模式与电流限制有着本质的区别。我看来看下面这张图， 从中回顾一下电源的恒压与恒流模式的输出特性。

图 1： 电源的CC/CV工作模式

   在图 1 中，根据设定的电压（Vset），设定的电流（Iset） 和负载的不同， 一个描述了五个工作点：

在以上这两个工作点，电源处于恒压（CV）工作状态，这是电源的输出电压就是设定电压。

在工作点3，是CC/CV的工作交叉点， 电源在这个点上，可以进行CV/CC工作模式的瞬间切换。

在这两个工作点，电源处于恒流（CC）工作状态，如果这个时候调整电压，电流将不发生变化。

一台具备CV/CC工作模式的高性能电源， 无论是作为电压源还是电流源使用，在各种模式下，都必须提供符合指标的性能。在 Rl=Vset/Iset 这个交叉点上， 电源处于CV 和CC模式的转换状态。 对于高性能电源，CC 和CV能瞬间转换。但要注意的是，对于理想的直流电源CV/CC 电源， 其CV 斜率为零（水平方向），表示CV 模式中输出电阻在零；而CC 斜率为无穷大（垂直方向），表示CC 模式中输出电阻为无穷大。如果每种工作模式的斜率越接近于理想状态的程度，那它们的负载调整率指标就更为出色， 输出也更将准确。 为使 CV 和 CC 模式都达到出色的性能， 就需要精心设计每种模式的控制环路，当然，根据我们的经验，这个控制环路的结构是非常复杂的。

恒压/限流电源 （CV / Current Limit）相比之下，性能比较差一些的程控电源或电压可调电源，  具备恒压工作模式，也有电流限限制能力，可以作为电压源使用，为能被测器件提供过流保护，同时又能保护电源自身。这种电源，我们也称为 CV/CL电源。 但这种电源是无法作为恒流源来使用。图 2 描述了 CV/CL 电源的典型输出特征。

图 2：CC/CL 电源的工作模式

        CV/CL 电源中的电流限制值可以是固定的最大值，也可以设定。CV 操作轨迹与图 1 中相同。但在电流限制值交叉点上，电压调整率有所下降，电压也开始下降。与 CV/CC 电源中的 CC 实际工作不同，CL 操作通常不包含明确定义的交叉点，并且不会对交叉点和短路点进行严格的调整。原因在于，相对于 CC 控制回路，CL 控制电路从本质上讲属于一种更为基础的电路。CL 仅用于过流保护，不同于 CC 操作。为此，正确使用 CL 的方法是将它的电流值设为略高于被测器件所需电流的最大值。这可以确保在正常负载的整个量程内具有出色的电压调整率。更多的基础型台式电源具备 CV/CL 模式，但不能用作电流源。

参考：安捷伦直流电源手册，应用指南 AN-90B，部件编号 5952-4020

远端禁止和故障指示 – 程控电压技术和应用（24）

避免舜间压降触发被测件关机的提示– 程控电源技术和应用（25）

解决多路电源上电顺序的难题 – 程控电源技术和应用（26）

工程师在进行复杂测试时经常会遇到以下的难题： 在被测件上电时， 需要多个按照设定时序上电的偏置电压。许多被测件对于上电顺序非常敏感，错误的顺序可能导致被测件中止运行，更糟糕的是可能损坏被测件。有时，下电顺序也有要求。 因此， 无论是给被测件上电还是下电，顺序问题都非常重要。 除了顺序之外， 在极端的情况下， 各个偏置电压的上电斜率对被测件测试工作也是同等重要的。

     解决上电和下电顺序的其中一个方法，就是利用PC控制多个系统直流电源， 通过分别发送输出或通断命令的方法来实现。 但由于计算机本身的延时和指令发送时间的不确定性，再加上不同电源处理指令的时间也有很大的区别，这个方法精确性往往太差。而且，典型系统直流电源的实际开启时间可能需要几十毫秒，而且不同型号电源之间差别很大。每个电源的开启和关闭时间都需要仔细表征，以便知道相对于其他偏置电压而言，何时需要发送特定偏置电压的命令。输出开启或关闭命令的发送顺序很可能与输出实际变化的顺序大相径庭，因为不同的直流电源具有不同的时延！甚至还有一个更大的问题，在PC中，如果遇到更高级别的服务请求中断并抢先执行测试程序，那么很可能在输出命令上随机发生较大时延。在图1中，我们尝试利用这种方法设定路的顺序上电，每一路延时10ms. 在做了100次后的情况

图1：用PC控制电源的多路上电结果

    从图上明显看到，上电的延迟的随机性非常大。根本无法控制10ms 的上电顺序。

    另一种常用的方法是增加外部定制的硬件来控制输出排序。这可以确保正确的排序，但是往往会极大增加复杂性，同时降低灵活性，而且由于控制器上存在阻抗引起明显的压降，也会串入更多的噪声和过冲，造成负载端的电压非常不精确。

         Agilent N6700 系列多路输出模块化直流电源系统提供了更多的系统特性，能够支持正确的上电和下电顺序。作为最多4路输出的电源系统，可以精确地设置每一路的上电和下电延迟。图 2 显示了如何设置 N6705B直流电源分析仪， 确保为 PC 主板供电的直流输出以预定的顺序开启。 N6705B 直流电源分析仪主机主要适用于研发，如果在自动测试系统中，N6700 系列主机具有完全相同的特性，而且只有1U的高度，非常适合上架的应用。

图 2：设置输出时延和实际测量结果

    就像设置通电顺序一样，用户也能输入单独的下电时延（如图 2 中的设置屏幕所示），使被测件能够按照预期关闭。不过，如果在发生异常情况需要紧急关闭， 您是否也希望按照某种顺序进行下电呢？我的同事给出了如何设置 N6700 系列直流电源系统，使其在某一路输出出现问题时仍能按照顺序关闭输出的过程。在这个实例中，有一路输出偶然出现过电压情况，但系统已经考虑到各种故障情况，可以采取相应的对策启动顺序关闭过程。

详细了解N6705B 的上电顺序设置，可观看视频：

http://v.youku.com/v_show/id_XNTMyMzY3MTM2.html?f=18816127

直流电源的输出阻抗特性 - 程控电源技术和应用指南（27）

在文章“程控线性电源的工作原理 ” 和“程控开关电源的工作原理   ” 中，我们谈到了程控电源是如何使用反馈电路来控制直流电源的输出电压和电流。 高性能的反馈电路， 有助于帮助直流电源的性能接近于理想的状态， 也就是说，当电源工作再恒压模式下时，其输出阻抗应该是0； 而在恒流模式下时，其输出阻抗应该是无穷大。 但电源内部导线器件上存在着固有阻抗，这就要依赖于这个反馈电路， 赋予电源这种理想的特性。 这也是为什么电源的负载调整率是电源最重要的指标之一，需要进行100% 测量。

如果没有反馈电路的调整，一个的典型直流电源阻抗通常是1到几个欧姆，  我们用Zout（Open loop）来代表这时的输出阻抗。 由于没有反馈电路，由于输出阻抗比较高，我们是不会得到高指标的负载调整率。然而，当反馈控制放大器提供负反馈， 来修正由于负载引起的输出变化， 其输出阻抗将会发生改变， 我们可以用Zout(closed loop) 代表此时的阻抗值。对于电源恒压模式下输出的阻抗： 

Zout (closed loop) = Zout (open loop) / (1+T)

    回路增益 T 是大约等于运算放大器增益乘以电压分压器网络的衰减。 在实际的反馈控制系统中， 放大器的增益相当大，在 DC附近， 可以高达 90 dB。 这可以把DC和低频输出阻抗降到毫欧级，甚至更低， 提供接近理想的负载调整性能。 实际反馈控制系统中的另一个因素， 就是随着输出频率的增加，为了保持输出稳定，就需要使用连续闭环控制增益的方法。 因此，在更高的输出频率下，直流电源恒压模式下工作时， 闭环的增益会下降， 而电源的输出阻抗会增加， 逐渐接近于无反馈电路时的阻抗。 如图一所示的安捷伦 6643A 直流电源输出阻抗随输出频率的变化。

图 1： 安捷伦 6643A 35V，6A 系统直流电源输出阻抗

从上图看出，在恒定工作模式下，6643A 直流电源在 100 Hz 输出频率是， 只是约 1 毫欧姆。 但随着频率的上升，闭环增益下降， 输出阻抗也在发生明显的变化。

在图 1 中， 我们也可以看到， 电源在恒流模式下的反馈控制。 虽然电源在恒压模式下，可以非常接近理想的零输出阻抗； 但在恒流模式下，要让输出阻抗达到理想的无穷大，显然是不现实的。 在 6643A 直流电源的恒流模式下， 输出频率在100Hz之内时，输出阻抗 大约在 10 欧姆， 并随着频率的增加， 阻抗下降。 然而，对于 6643A，随着输出频率的变化，恒流控制回路增益并没有太大的变化，这是因为输出滤波电容也支配着输出阻抗。 因此， 6643A 作为恒流源使用时，同样具备出色的输出电流负载调整率。

充分了解直流电源的输出阻抗，可以帮助我们精确地实现一些高级的测试。例如我们用直流电源模拟电源的纹波， 来测试电路板对纹波的抑制能力。这时，就需要电源在恒压模式下，能够输出一个直流偏置， 并在这个偏置电压上叠加几十到几百赫兹的纹波。在这种情况下，就必须对电源的输出阻抗有所了解，以确保输出电压的精度。

在以后的文章中，我们将谈到如何测量电源的输出阻抗

电源的输出阻抗的测量 - 程控电源技术和应用指南（28）

限流设置影响电源电压响应时间 - 程控电源技术和应用指南（29)

电源中的电流限制设置主要用于保护被测件（DUT），避免过大电流对其造成损坏。 一方面， 您应将电流极限设置足够高，以满足预计的被测件最大消耗电流；但另一方面，电流极限设置要足够低， 当低阻抗器件和被测件发生故障造成短路时，将电流限制在安全的范围内，避免电线、连接器或被测件本身受损。电源将根据设置的电流限制值，来限制最大的输出电流， 并在达到限流状态时，适当降低输出的电压。您也可以根据自身需要启动过过流保护（OCP），这样当输出过渡到恒流（CC）模式时，电源将关闭输出。关于过压和过流保护的详细信息，可以参考以前的文章：电源的“刹车系统2”（OCP）- 程控电源技术和应用（22）

    电流限制在保护被测件方面具有重要作用。但有一点需要您注意的是，设置电流限制可能会影响电源电压的响应时间， 特别是上编程（up-programming）的速度。（关于电源的上编程速度的详细信息，请参考过去的文章程控电源技术和应用指南（11）- 快速编程能力 。电压上编程速度是指它使输出电压从较低电压向较高电压过渡所用的时间。例如，Agilent N5768A 电源（额定值为 80 V，19 A，1520 W）的上编程输出响应时间规定为：在满负载条件下，电压从1%上升到99%，不超过 150 ms。 该技术指标是假定电流限制设置得足够高，不会发生电流限制。该电源的输出电容会在电压上升时，吸取一部分输出的电流（Ic = C * dVc/dt）。输出电流和电容吸收的电流流经电流监测电阻时，电源会在该电阻上测量电流值，并与电流限制设置值进行比较。参见图 1。因此，输出电流与电容吸收的电流叠加，可能导致在输出电容充电时， 电源瞬间进入 CC 模式。 在这种情况下， 输出电压的上升速度将比电源保持在恒压（CV）模式时更慢， 在整段时间内， 输出电压在一边上升，一边给电容充电。

在图 1中，电流监测电阻连续监测输出电流 Iout 和电容吸收的电流 Ic。如果Ic = 0， 输出电压 Vout 是恒定的。 但是当输出电压不断变化时，例如电压上升时，会有额外的电流被电容吸收。因此，如果电流限定设置过低，导致当输出电压在上升过程中，电源会暂时进入 CC 模式， 从而减缓电压上升速度。

 图 2 显示了 N5768A 电源在各种电流限制设置下的情况。如您所见，电流限制设置（Iset）越低，电压到达其最终值所用的时间就越长。

        图 2：如果 N5768A 的电流限制设置得太低， 将导致电压上升过程中，会暂时进入 CC 模式，从而延长了电压上升的时间。

   因此， 如果您的电路板需要快速的电压上升， 例如在电路板上电过程中对电压摆率有要求，而且可能存在较高的浪涌电流，那么请务必将电源限制设置得足够高，以便为被测件提供电流，并给电源的输出电容器充电，这样也不用进入 CC 模式。 一旦输出电压达到其最终值，您就可以再次降低电流限制，为被测件提供适当的保护。