电源可分为线性电源、化学电源及开关电源。其中线性电源输出功率控制器件工作在线性工作区域,可以恒压、恒流输出,可靠性高。
线性电源是将交流电经过变压、整流和滤波等处理后输出带有微小纹波的直流电压的电源,如图3.51所示。
图3.51 线性直流电源原理
线性稳压电压的优势主要体现在:技术很成熟、稳定性高、纹波较小、市电频率(50/60 Hz),自身的干扰和噪声都比较小。其缺点表现为:频率低、变压器的体积比较大、较笨重、成本高、效率偏低(一般满载工作的效率只有 80%左右)、整体体积较大,对输入电压范围要求高。
开关电源是先将交流电经过整流电路整流后得到直流电,再通过开关重新变成更高频率的交流电,高频的交流电经过变压器改变电压幅度,最后经过整流、滤波及稳压回路输出高精度的直流电压,如图3.52所示。
图3.52 开关电源原理
开关电源的优势主要体现在:工作在高频状态、变压器的体积比较小、相对比较轻便、成本低、效率高(效率可达 90%以上)。开关电源的缺点主要体现在:频率高、高频干扰及辐射较大以及输出纹波较线性电源要大。
一个典型的线性直流电源,如图3.53所示。
图3.53 线性直流电源
泰克电源可以工作在恒压(constant voltage,CV)和恒流(constant current,CC)模式。当负载大于设定的电压/电流时,电源处于恒压工作模式;当负载小于设定的电压/电流时,电源处于恒流工作模式,如图3.54所示。
注
恒流驱动的设备,比如LED、标准灯、充电器、物理性传感器等。
对于常规的直流稳压电源而言,采用恒压优先的原则,即电源启动时首先进入恒压模式,这种模式容易产生浪涌电流。在电子系统中,避免产生浪涌的方法是采用电压分段上升或者降低电压上升的斜率。泰克的 2 260 B 可以设置恒流优先模式,用于优先控制电流幅度,可以预防浪涌电流出现。
图3.54 泰克电源工作模式
注
浪涌电流是指电源接通瞬间,流入电源设备的峰值电流。浪涌电流由下式确定,即I=C(dV/dT),通过减少电容C的值,就可以减少浪涌电流。
线性直流电源的参数,主要包括额定输出、纹波、负载调节率和精确度。
纹波是指直流电压中所包含的交流成分,也称为输出噪声。通常,在对交流电压进行整流和滤波后得到直流电压,由于滤波电路的限制,使得在输出的直流电压中会包含残留的交流信号成分。此外即使使用电池供电,也会因为电路中负载的波动而产生纹波。通常,用Vpp 与 RMS 值来表示纹波大小。通过电容滤波、接地以及接线和屏蔽,来消除和减少电源噪声。
注
(1)纹波和噪声(periodic and random deviation,PARD)。(2)通常将输出噪声定义在一个特定的带宽范围内,比如 20~20 MHz。典型的,对于泰克 2230G-30-1 而言,电压纹波小于 1 mV Vrms/3 mV Vpp;电流纹波小于5 mA rms。(3)差模噪声,叠加在负载上的噪声,表征为在+/-两端相对地测量的结果。(4)共模噪声,通过输出端直接流入地端的噪声,表征为在+端/-端相对地测量的结果。
包含恒压负载调节率和恒流负载调节率,即
(1)恒压负载调节率:指在恒压输出状态下,负载(输出电流)变化时,输出电压 E out 会有所变化,将其变化量表示为:△E out ,恒压负载调节率体现了△E out 与 E out 之间的比例关系。
(2)恒流负载调节率:指在恒流输出状态下,负载(输出电压)变化时,输出电流 I out 会有所变化,将其变化率表示为:△I out ,恒流负载调节率体现了△I out 与 I out 之间的比例关系。
注
(1)直流电源的瞬态响应是指,当负载的电流发生瞬间变化时,电源对此变化的快速响应能力,表征为纯电阻条件下的恒压模式,典型表征为电流变化50%时的电压恢复时间。
包含编程精度和回读精度,即
(1)编程精度:设置值和实际输出值误差指标。
(2)回读精度:实际输出值和屏幕回读显示值误差指标。
当把独立的电源通道连接起来时,就可以为待测设备提供更大的电压和电流。
将通道1和通道2串联后,可使用电源为待测设备提供最高60 V的电压,如图3.55所示。
图3.55 串联连接
注
当串联时,不能超过任何电源的额定浮地电压值。
将通道1和通道2并联连接后,可使用电源为待测设备提供最高3A电流(与单独每一路电源的电流大小有关),如图3.56所示。
图3.56 并联连接
注
在并联电源时,必须有一台电源工作在 CV 模式,其他电源工作在 CC模式。
仪器的输出可以接线构成一个双极性电源。在测试需要独立正极和负极电源的系统时,输出的接线,如图3.57所示。
图3.57 双极性电源