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如何Hold住所有线性电源指标(一)

电源指标

乍一看,可变直流电源设备似乎很简单。但它其实是一种极为复杂、准确而且耐用的高负荷电子设备。无论是阻性、感性、容性、低阻抗、高阻抗、稳态还是可变负载,电源设备都必须可靠地提供稳定、精密和清洁的电压和电流。从而我们因该根据应用,选择适合的电源要求进而透彻地理解电源指标。

线性电源指标

首先我们介绍一下线性电源指标。线性电源非常耐用、准确并能提供低噪声功率。它们简单、直接的反馈机制提供了优秀的负载调整率和整体稳定性。图1示出了线性电源的简化框图。

线性电源[1]有很多指标,但可以从逻辑上划分为三类:准确度和分辨率、稳定性以及交流特性。我们将分别介绍属于这三类的重要指标。

大多数直流电源有两种工作模式。在恒压(CV)模式下,电源会根据用户设置调节输出电压。在恒流(CC)模式下,电源将调节电流。电源是CV模式还是CC模式不仅取决于用户设置还取决于负载电阻[2]。在CV模式和CC模式下,电源适用不同的指标。

准确度和分辨率指标

在任意给定时间上,电源调节电压或电流并在仪器准确度范围内使电压或电流与设置相匹配。

  • 在CV模式下,在仪器准确度指标范围内输出电压匹配电压设置。电流由负载阻抗决定。
  • 在CC模式下,输出电流匹配电流极限设置。电压由负载阻抗决定。

在历史上,直流电源用户使用电位计设置输出电压或电流。今天,微处理器从用户接口或远端接口接收输入。数模转换器(DAC[3])接收数字设置,将其转换为模拟值并用作模拟调节器的参考。设置分辨率和准确度的值由转换质量和调节过程决定。

电压和电流设置(有时称为极限或设置值)分别有与之相关的分辨率和准确度指标。这些设置的分辨率决定了输出可调的最小增量,准确度描述了输出值符合国际标准的程度。应当分别考虑设置和回读指标[4]。回读准确度好并不一定就意味着设置准确度好。

大多数直流电源提供内置仪表测量电压和电流。这些仪表测量电源输出提供的电压和电流。由于仪表读取返回至电源的电压和电流,所以仪表测量值通常称为回读值。大多数专业电源包含了使用模数转换器的数字仪表并且这些内部仪器指标类似于数字万用表指标。电源在前面板显示仪表值并通过其远程接口(如果配置了)发送仪表值。

如何设置准确度呢?

设置准确度决定了调节参数与国际标准定义理论值的接近程度。电源输出不确定度主要由DAC误差项(包括量化误差)决定。通过连至电源输出端的可追踪、精密测量系统测量调节变量进而测试设置准确度。设置准确度为:

±(设置值的% + 偏移量)

例如,吉时利2200-32-3电源[5]的电压设置准确度指标为±(0.03% + 3mV)。因此,当设置输出5V时,输出值不确定度为(5V)(0.0003 + 3mV),或4.5mV。电流设置准确度也类似地规定和计算。

教你Hold住分辨率!

设置分辨率是电源上电压或电流的最小设置变化量选项。有时,此参数称为编程分辨率。分辨率指标限制了可设置的离散电平数。通常,离散电平数由用户接口位数和DAC位数共同决定。更多位数的DAC能更精细地控制其输出并能提供更分明的环路控制参考值。但是,失调和增益误差校正会使分辨率低于DAC提供的位数。

用单步设置修改分辨率不一定总会使输出相应改变。但是,设置准确度指标管理着设置与输出的关系,并应在此容许范围内校准仪器。

设置分辨率可以用绝对单位值或满量程百分数表示。例如,吉时利2200[6]-32-3的电压设置分辨率为1mV,电流设置分辨率为0.1mA。

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[1] 线性电源:http://www.keithley.com.cn/products/localizedproducts/elgar/elgarAC

[2] 负载电阻:http://www.keithley.com.cn/llm/a/1.html

[3] DAC: http://keithley.com.cn/search?b_start:int=20&SearchableText=channel

[4] 回读指标:http://www.keithley.com.cn/products/localizedproducts/localizedproducts/2004_china_catalog.pdf

[5] 2200-32-3电源详解http://www.keithley.com.cn/products/dcac/highspeedpower/programmable/?mn=2200-32-3

[6] 2200在线演示:http://www.keithley.com.cn/centralized_display?mn=2200-32-3&assetid=55954

博主
lihui_cui@sohu.com
KEITHLEY 老马的博客
一名潜伏在测试测量行业的工程师,就职于吉时利(北京)测量仪器有限公司。