原创 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。