原创 电源固定能量输出的控制方法– 程控电源技术和应用（71）

在以往的文章中，我们谈到了程控电源的两个基本工作模式，即恒压模式（CV）和恒流（CC）模式。在程控电源中，调整电压或电流非常简单。 但有些特定应用要求给被测器件（DUT）施加固定的能量，这该如何处理？例如，在热计量或化学工艺中，需要电源能提供固定的能量；或者在测试保险丝、断路器、雷管***等时，需要供电电源能提供的能量。

当被测器件的电阻保持不变时，给其施加固定的能量相对比较容易。即电源输出固定的电压或电流，被测器件的功率保持不变。能量通过下面公式表达：

E = (V²/R)_*t = (I²_*R)_*t

在这种情况下，只需在设定的时间内施加恒定电压或电流，就能为被测器件添加固定能量。

    然而，大部分被测器件不能保持恒定负载，负载可能随时间动态变化，例如电阻随温度上升而增加。在这种情况下，您将做怎样的调整，才能确保被测器件接收到的固定能量呢？一种方法是使用市场上极其少有的恒功率专用电源。当被测器件的负载上升或下降时，恒功率电源可以自行调整，确保输出到被测器件的功率保持不变。这样，通过在设定的时间内施加恒定功率，就可以确保被测器件接收到固定的能量。

然而，被测件的负载不会保持恒定，很多时候，其变化很可能是无法预知的，或者完全出乎预料的。这时，恒功率电源的方法可能完全无法接受，因为您无法预知需要的时间。这种情况下，应该怎么办呢？ 时间不再是一个固定的值，你无法通过设定时间和电源的功率来获得所需的固定能量。这时，就会导致调整方案变得愈加复杂，参见图 1。

图 1：为让被测器件获得固定的能量，需要非常复杂的调整方案

图 1 中的调整方案实施起来将会非常具有挑战性。在这个方案中，配备了一个电度表。当电度表达到设定的瓦时（或瓦秒）的能量阈值时，提供一个触发输出信号。但如果整个测试时间很短，例如在1秒钟以内，要求完成这一过程的响应，那么整个操作就会变得更加困难，很有可能需要用到定制硬件。

为了解决这个问题，我们在最新的 N6900A 和 N7900A APS系列电源系统中，加入了一个非常特殊的功能，可以通过编程实现上述配置和测试过程。APS测量系统内置了安时和瓦时测量功能，使您不仅能够测量这些参数，还能通过编程，对这些参数进行运算。通过编程，可生成相应的逻辑表达式，并可下载到APS中，再由APS以硬件级速度加以运算和处理。如图 2 所示，N7906A 电源助手软件可以让您轻松创建信号运算的表达式，并加载到 APS 电源中。

图 2的实例中，阈值比较器将APS 0.0047WH输出能量作为触发输出信号。该触发信号路由至输出瞬态系统，一旦触发，便可使电源输出跳变至新的输出电平。我将触发输出电平设为 0V。这样，当APS电源输出达到0.0047WH后，输出电压将立刻跳变为零，以避免多余的功率和能量流入被测器件。

在 N7906A 界面上点击“SCPI to clipboard（复制 SCPI 到剪切板）”，即可生成信号路由表达式所需的 SCPI 指令集。这个指令集可直接粘贴到整个测试程序中，不必手动编写所需代码。

图 3：APS 在 84.75 W 负载、能量限制 0.0047 瓦时的输出

当输出电压增至 14.142 V时，负载功率翻了一倍。 APS 输出则在一半的时间内下降到了 0V，而且确保了同等的输出能量。请参见图 4 中的示波器捕获图。

图 4：APS 在 169.5 W 负载、能量限制 0.0047 瓦时的输出

我们利用了一个简单的电阻器作为负载，让我们很直观地看到了APS对负载施加的能量；例子虽然简单，但这也证明，尽管负载会随时间动态变化，而且时间也是非预知的，APS的实时瓦时能量测量的能力，完全可以为被测件动态地提供所需的恒定能量。