原创 如何计算电源的编程精度？——电源技术和应用（11）

    如果时光回到几十年前，为了确保程控电源准确的输出你期望的电压，通常需要一边使用电源面板上的“旋转按钮”不断调节，一边观察万用表的“显示值”，或许当你使用一些非常低端的程控电源依然需要这样操作。现在的大部分中、高端程控电源都具有非常准确的输出精度及测量精度，本文章主要讨论哪些因素会影响或决定电源的输出精度，以及如何计算电源的精度。

对于直流电源的电压输出精度，规格书上有5个与之相关的指标，这些指标包括：

Ø  负载效应（负载调整率）：连接到电源上的负载变化导致电源输出电压的变化量。负载效应导致的输出误差是由于在负载或者输出电流变化时，电源的调整电路不能够保持其输出电压完全不产生任何变动。

Ø  源效应（源调整率）： 直流电源的输入交流电变化导致电源输出电压的变化量。如电源在110V或220V，50Hz或60Hz等不同交流供电条件下，电源的调整电路也会导致输出电压的变动。

Ø  编程分辨率：设定电源的电压时，首先通过数模转换电路DAC将设定值转换为对应的模拟控制电压，并与电源内部参考电压进行比较和调节。然后，数模转换电路DAC存在一个量化误差，而且量化误差的大小与DAC的位数决定（DAC位数越多，量化误差越小）。

Ø  编程精度： 这是直流电源的关键指标之一，通常包括以上三个指标的影响（负载效应、源效应和编程分辨率），用于表示输出值与设定值的误差范围。

Ø  编程温度系数：编程精度描述的是在室温环境下电源输出的偏差，如果电源工作在非室温环境下，电源的输出精度也会产生变化。温度系数用于描述工作环境每一摄氏度变化时电源的输出精度变化量。

       如上所述，在我们计算电源输出的误差时只需要查看规格书中的编程精度，因为编程精度已经包括负载效应、源效应和编程分辨率。当然如果电源工作温度超出室温环境，还需要计算温度系数的影响，而且大部分的仪器设备的输出精度指标都是在热机30分钟后达到的。因此，直流电源的输出精度计算公式如下：

    输出误差 +/- = 编程精度 + 温度系数 x 温度差（如果非室温环境）

        安捷伦直流电源的编程精度指标通常分为两个部分：固定的静态误差（如4mV）和 相对于设定值的百分比，下面我们来看一个实际的例子。N6761A是N6700多通道模块化电源系列的精密直流电源模块，N6761A具有非常优异的性能指标，包括极高的电压编程精度。下表就是摘自N6761A规格书与编程精度相关部分的内容。

      假设我们设定N6761A给一个5V，1A的被测件供电，此时的工作温度为29 °C，那N6761A输出的电压误差范围是多少呢？

     从规格书中我们查到：

1.  N6761A的低量程为5.5V，5V输出选择该量程，此时编程精度指标为：0.016% + 1.5mV；

2.  规格书上的编程精度指标对应环境温度要求是 23 +/- 5 °C，目前的29°C超出1摄氏度，因此需要进行温度误差计算，5.5V量程对应温度系数为： 40ppm + 70uV。

     按照公式，此时N6761A的输出总误差范围是：

     @ 5 V 输出误差范围 +/- = 5.0V x 0.016% + 0.0015 + 1.0 x (5.0V x 40 x 10e-6 + 70uV) = 2.57mV

     在这种温度稍微超过理想的室温条件下， 2.57mV对于5V电压输出来说是非常优异的性能！

         有一点值得提醒的是上述公式计算的精度是在一定时间内平均的结果，譬如10个交流供电周期或166.7ms。假如我们观察某些瞬态时间点输出电压值，可能会看到有些值会超出以上计算的编程精度范围。这个现象是非常正常的，直流电源的另外一个关键指标——输出纹波和噪声PARD定义的就是这种瞬态电压波动的特性。从以上N6761A的规格书中，我们可以看到N6761A的PARD有两个参数，4.5mVpp（峰峰值）和0.35mVrms（均方根值）。如果使用足够高分辨率的示波器，或许你可以测量到一些直流电源的纹波和噪声PARD值，但对于象N6761A这样的精密电源，估计需要一些特殊的测试方法才能精确的测试出其PARD，这个在我之前的文章中有提到：http://bbs.ednchina.com/BLOG_ARTICLE_3017013.HTM。在输出精度测试时，由于采用了平均值，所以纹波和噪声的影响几乎可以忽略。

         另外，现在的很多直流电源也内置了电压或电流的测量功能，需要注意的是电源的测试精度和编程精度并不是一回事。一般电源的规格书中会单独将电压和电流的测量精度列出，如下表就是N6761A的编程精度和测量精度的指标。