确保电源性能满足需求

发布时间：2017-07-27 09:05:05

大部分工程师认为，他们非常了解电源。电源被看作是最简单的仪器之一，因为它们往往是单一功能的直流设备，其输出为受控电压。当然，还有更多的电源。虽然电源性能指标充分描述了其应用性能，但成本、时间与人力资源限制却有碍其各种电源(或任何仪器)性能指标。您需要了解电源的功率包络，这样电源才能在电压和电流参数提供满足您工作所需的功率。对于生成或测试微弱电平信号的电路开发、特性分析和测试，电源设计拓扑的选择及共模电流调查的是必需的，这样，电源才不会影响电路性能。类似地，如果您正在开发包含多个隔离电路的设备，您将希望电源不影响设备隔离。当您使用电源作为精确电压源，在其工作电压范围对电路进行测试或者作为校准电源时，您将希望确保能在待测电路输入端获得指定的电源精度。这类应用要求对电源特性进行更详细的调查。

了解电源的功率包络

最重要的决策是确保为待测器件(DUT)提供足够的功率。虽然这是显而易见的，但意识到不同类型的电源和信号源具有不同的功率包络是非常重要的。一种电源具有矩形功率包络，可以在任何电压电平向负载施加任意电流，参见图1a。这是最通用的功率包络。第二种电源在多个量程具有多个矩形包络(如图1b所示的双矩形包络)。这种类型功率包络的价值在于它可以在牺牲其他参数的基础上，实现某个参数的更高值。例如，具有这种功率包络的电源可以在较低的最大电压时，输出更高的电流电平。还有一些电源输出双曲线包络，它比多量程电源具有更连续的变化。在这种功率包络下，一个参数与另一个参数成反比（图1c）。高功率输出电源往往具有多量程或双曲线包络。要了解您的应用所需，这样您选择的电源将在测试所需的电压和电流级别提供所需的功率。

设计类型决定噪声性能

如果为工作在极低电压或电流的电路供电，如采集毫伏或毫安电流信号的传感器探测器，那么来自外界的噪声可能带来问题。如果电源本身就是一个噪声源，则该噪声可以分为两个部分：正常模式噪声与共模噪声。正常模式噪声是因电源内部电路而在电源输出端生成的噪声，共模噪声是来自电源线与主变压器之间杂散电容的参考接地噪声。对于敏感电路而言，线性电源产生的正常模式输出噪声比使用开关技术设计的电源噪声低得多。这个折中在于线性电源具有低功率和转换效率，可以大而笨重。开关电源具有改进的功率转换效率，在更小的封装内提供更多的输出功率。对于噪声敏感电路，线性电源的噪声比开关电源低5～10倍(如5mVppvs.50mVpp)。在噪声值得关注的任何时候，都要使用线性电源；如有可能，请使用吉时利2200系列单通道与多通道电源。

评估共模噪声电流的影响及其测量技术

通常，线性电源的共模噪声比开关电源低。当电压变化时，会产生共模噪声，如交流电压与隔离变压器耦合电流的初级或次级线圈的瞬态电压(dv/dt)。为了保持电路完整，在初级（次级）产生的任何噪声电流都必须返回至初级（次级）。当该电流流经电阻时，会产生噪声电压，在某些情况下，可能是负载性能降级或者引起负载监控测量误差。噪声量级与电压上升时间以及电源隔离变压器的非屏蔽或杂散电容直接相关。整流二极管（或次级）的电压瞬态开启和关闭，以及60Hz线路运动或与开关电源初级电路的突然瞬态共压，都是共模噪声的所有来源。

图2正常模式噪声电流与共模噪声电流

图2给出一个简单的电源框图。在该变压器结构的初级和次级之间，具有充分的屏蔽，从而使初级和次级之间的杂散电容最小。由于耦合电容最小，流经负载的噪声电流通常不会影响负载运行或负载端测量。如果变压器初级和次级之间屏蔽不充分，那么耦合电容可能较大，可能使毫安级电流流入负载，带来性能问题和负载电流测量误差。对于低功率和敏感组件、模块或终端产品来说，要对电源的低共模性能进行评估。参见测量电源共模电流的侧栏。吉时利2200系列电源的共模电流低于10μA。

良好的接地隔离至关重要

输出与电源线的隔离程度是衡量电源质量的更深层次指标。具有高度隔离的电源将进一步实现电源输出噪声的最小化。良好等级的隔离阻抗，其并联阻抗大于1GΩ，并联电容小于1nf，屏蔽充分，支持小于5μA的共模电流。问题是，并非许多仪器超出甚至满足这些指标。60Hz低频设计可能满足共模电流指标，但其直流电阻和电容数据达不到；开关设计可能具有低电容和更高的直流隔离，但又超出共模电流。在某些应用中，直流隔离电阻和电容笔共模电流重要。例如，当为由线性放大器驱动的电路供电时，高阻抗非常重要。在这种情况下，电源是线性放大器负载的一部分，电源电容值较大可能带来放大器的稳定性问题。作为选择，为低压分压电阻或者极微弱电流测量电路供电的电源，可能需要低共模电流，不管隔离阻抗如何。参见“电源与底板隔离特性分析”侧栏。参见图3A、图4和图5，它们给出评估电源与交流接地点隔离的测量技术。

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