原创 线性程控电源的工作原理——程控电源技术和应用（1）

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     程控电源被大量用在各种电子产品的测试测量领域，而且也更多地在向其它的行业拓展，就像我在上个月的一篇文章中与大家分享的一个案例，可编程电源被用在了传统的电镀行业，来大幅提升电镀产品的质量和自动化水平，降低成本。而且由于可编程电源的高效率， 可以大幅降低很多传统行业的能耗水平。从这篇文章起，我将有一系列的文章，来和大家共同分享可编程电源的工作原理、应用、保护特性、系统集成等等。今天就从最基本的开始，我们首先来介绍一下线性可编程电源工作原理

电源的基本设计模型，包括了整流器和负载器件， 以及串联在一起的控制元件。 图 1 是串行调整电源的简化电路图， 它包括了作为电源开关的相位控制预调整器， 串联在一起的可变阻抗元件。该相位控制的预调整器通过保持串联元件上稳定的低压降， 把功耗减到了 最小。一个反馈控制电路连续监测电源的输出，并调整串行阻抗，以稳定一个连续的输出电压。图 1 所示， 电源中的可变电阻串联器件， 实际上是由工作在线性模式下的一个或多个功率晶体管构成；因此，采用这种类型调整器的电源通常称为线性电源。线性电源有许多优点。凭借高稳定和低噪声的输出，成为研发工作台上电源的最简单和有效的解决方案。

图 1 所示电源是个双量程电源，允许电源在低电流时有较高的电压，或在低电压时有较高的电流。而对于普通的单量程电源， 只有在其电压和电流输出都达到最大时，其输出功率才会达到最高。 双量程线性电源则能在两个量程的最大电压和电流输出时，提供最大的输出功率。在双量程电源中， 在初级变压器的次级线包中， 除了终端接线头外， 在中间还有个抽头， 预调整器前的开关可以在这两个输出接头直接切换，已决定后端输出的高电压、低电流模式，或者低电流、高电压模式。这种技术对降低串行器件功耗是非常有效的。

在性能方面，线性电源有极其良好的源和负载特性，能快速响应电网和负载的变化。因此它的电源调整率、负载调整率和瞬态恢复时间等指标， 优于绝大多数的开关电源。线性电源还有很多其它优势，例如超低的纹波和噪声、容许环境温度变化和高可靠等。以安捷伦6612A （20V，2A， 40W）精密可编程电源为例，这个电源的噪声最大峰峰值只有3mV, 相当于最大输出的0.01%。

在程控线性电源中，数字控制电路驱动DAC的输出控制电平，以成正比地控制电源的编程电压值。 电源输出端同时向控制电路发送一个电压，以表明它已经按照要求输出了电压。控制电路接收来输出端的电压信息后，把该信息发送到显示器上。同样，控制电路还会把电源的输入和输出状况， 通过 GPIB、RS-232、USB 或 LAN 等PC接口， 告诉其它设备。 这些PC接口直接接地，而且，在控制电路与电源之间采用了光隔离。

线性DC电源设计已经非常成熟， 性能也非常好。但主要的问题还是效率比较低，在全功率输出时，效率一般达不到60%， 在更低的输出电压设置上，效率会进一步下降。而且随着功率的升高，体积和重量也成正比上升。因此，在高功率的电源上，更多选用的是开关电源。