标签: 电源供应器

在测试过程中，超出被测器件极限的电流或电压相关的事件， 是造成被测件电气损坏的两个最常见原因。导致电流或电压超限的原因可能出自被测件自身， 或是由测试系统导致。过压是导致被测器件受损的最常见电源相关事件，也就是电压高于被测器件允许的最大安全电压值。出现过压的原因很多，但对于测试系统来说， 其根源在于设置错误或者内部故障。   为了避免被测件遭受意外的过压损坏，测试系统电源内置的过压保护（ OVP ）系统可以在检测到电压高于预设阈值后即时关闭输出。如需了解过压保护的详细信息，请参阅此前文章“ 电源的 “ 刹车系统 ”OVP - 程控电源的技术和应用（ 21 ） ” http://forum.eet-cn.com/BLOG_ARTICLE_17079.HTM ， 了解相关细节。   过压损坏的关键在于，大多数情况下，电压超过被测器件损坏阈值的同时，被测器件即遭受损坏。因此，您必须优化测试系统和设置以提供有效的被测器件过压保护。首先，过压保护启动阈值设置应低于被测器件的最高电源损坏阈值，同时略高于被测器件的预期最高工作电压，如图 1 所示。 图 1 ：过压保护设置点   但是，要确定高于最大工作电压且低于被测器件损坏电压的“合理设置值”，您需要考虑电源输出和过压保护系统的动态响应特性，如图 2 所示。关于电源的瞬态响应特性的详细描述，请查看以往的文章： 程控电源技术和应用指南（ 10 ） - 瞬态响 应 http://forum.eet-cn.com/BLOG_ARTICLE_16525.HTM   图 2 ：电源输出和过压保护动态响应特征 确保过压保护设置高于最大工作电压且预留足够的裕量，这是避免过压保护误启动的重要措施，因为被测器件从电源吸收电流，电源将产生校正负载的瞬态电压响应，瞬态电压可能高于被测器件的最高工作电压。确保过压保护设置低于被测器件的损坏电压阈值、且预留足够的裕量同样重要，因为电源输出电压一旦超过过压保护设置值后， 过压保护系统需要 10 到 100 微妙的时间来做出响应，关闭电源输出，此时的电源是以最快的速度把电压拉回零，或是设定的安全电压值。事实上，“合理设置值”的分辨率通常需要低至小数点后一到二位。   通常，确保裕量并不困难，但如果被测件工作电压很低、或者由于大工作电流引发导线上出现大幅度压降，要准确设置会变得不太容易。 因为传统过压保护基于电源输出端测量到的电压值。 如果需要在被测件测量电压值，并以此作为过压保护条件，可利用远端电压感应线路。远端感应线路过压保护感应可以替代或补充传统的功率输出端感应。   关于电源的远端感应，请参阅以往的文章： 程控电源技术和应用指南（ 8 ） - 远端回读精确控制电压 http://forum.eet-cn.com/BLOG_ARTICLE_16467.HTM 。         遵循以上建议，您可以实施有效的过压保护，确保被测器件测试安全！  

继电器是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中。 继电器的种类繁多，根据不同的应用要求和工作原理，可以分为电磁继电器、舌簧继电器、时间继电器、极化继电器、光继电器，声继电器，热继电器，仪表式继电器，霍尔效应继电器，差动继电器等。按照继电器的负载大小，可分为微功率继电器、弱功率继电器、**率继电器、大功率继电器。按照不同的继电器控制开关数量，可分为单路或多路继电器。 下面给大家介绍是如何使用 N6705B 实现一个 8 路、大功率、电磁继电器的性能测试。该类型的继电器被广泛的用于地铁、高铁的列车车门等控制系统，日常地铁的车门无法正常开启或关闭的问题多数是由该继电器异常导致的。这种继电器的工作原理如下： 上图中， A ，Ｂ表示继电器的切换位置，在控制线圈不加电时，继电器Ａ端闭合（开关 1-4 导通）；相反，如果线圈加 24V 电压，继电器切换至 B 端闭合（开关 5-8 导通）。 结合以下实际案例，给大家详细的介绍是德科技的 N6705B 直流电源分析仪如何全面地评估这种继电器的性能。 二、 N6705B 如何测试继电器开关性能 近日拜访某地铁维护中心，工作人员透露，该地铁系统中日常使用大量的这种多路继电器，而且经常需要更换，但因为继电器的价格非常昂贵，通常需要数千人民币。客户希望能够准确的评估更换的继电器性能并对继电器进行器件维修，但目前没有非常有效的评估和测试手段。通常都是裸眼观察和凭借自己的经验，如看继电器的触点是否变形，变色，磨损等。如下图中清晰的看到，靠左侧的端子（通道 1 ）表层“镀金层”已经脱落，属于明显性能异常的端子。 结合继电器的指标参数（如上表），以及多路继电器的工作方式，我们初步怀疑继电器失效的 几种可能，并对各种可能进行分析： 1 ） 各组开关的切换功能是否正常，包括能否正常断开或闭合？ 使用万用表测量各个通道开关的在断开和闭合的电阻，没有发现问题。 2 ） 控制信号与开关动作的时延过大？   如上图，使用 N6705B 和两个电源模块，一路给控制信号输出 24V-0V 的交变电压脉冲，另一 路给开关供电，观察控制信号电压与开关的电流波形 通过观察对比 24V 控制信号和各通道的电流信号，从图中发现通道 8 的时延较大 40ms, 超出指 标规定的 22ms ；同时我们还观察到开关闭合时，电流存在较大的抖动现象。 (未完待续）  

对任何设备来说，一个良好的接地是非常重要的。接地后，设备的电压等于地面电势 ， 可以大幅降低触电危险。大部分电气设备的外壳和机箱都带有接地线，并通过电源线接地。接地是为了确保我们接触的所有设备表面都具有相同的电势，即大地电势。只要电势相等，我们可以随意接触电器表面而无触电之虞。触电主要有两个原因：接触的两个物体具有不同的电势；或者，其中之一相对地面的电压较高。如果电压差足够高，人们接触物体表面时就有可能触电。如果由于故障或损坏，电器机箱与内部高压线相连，机箱接地可以保障用户的人身安全。接地后，机箱短路等同于对地短路，可以避免机箱带有高压，随后保险丝熔断或断路器启动，从而保护使用者的人身安全。触碰电势较高的带电机箱等同于人体充当接地回路。此时只能祈祷了！ 因此， 为了保证用户的人身安全，安捷伦所有电源机箱必须通过交流输入电线的地线，即第三根线接地。另外，大多数安捷伦电源都提供隔离的浮地输出。也就是说，电源的正极输出端和负极输出端都没有接地，与机箱是隔离的。参见图 2 。 图 3 负极输出端接地的非浮地输出。     浮地输出时，直流电源正、负输出端之间的电压就是我们设置的电压。但正、负端与接地之间隔离，没有电流流过。浮地输出的电源更为灵活，使用者也可以根据需要将正端或负端接地，也可以都不接地。部分被测器件（ DUT ）在测试过程中，需要使用正极或负极端接地的直流输入。如果电源的一个输入接地，容易在被测器件与电源输出之间，通过接地线造成短路。由此可知，浮地输出电源应用更广泛。   假设电源输出浮地 ，一个很重要的指标就是 输出端与地之间的安全浮地电压值。 在每个产品的使用说明上，都会明确注明安全浮地电压值。例如，大多数小于200V输出电源的输出端可提供 +/-240 VDC 的 浮地范围。如果电源可输出电压为600V，则安全浮地电压也将达到600V，或者更高。 需要注意的是在电源文档中经常出现的以下警示文字：     部分电源正极和负极输出端具有不同的浮地范围。例如 ，在 Agilent N5700 程控系统电源中，有几个型号的 电源正输出端浮地范围可以达到 +/-600 VDC ， 负极输出端可以达到 +/-400 VDC 。   输出特征表可能使用 “ 输出端隔离 ”表示输出浮地，其 含义与最大浮地电压相同（如下图所示） ：   图 4 是最大浮地电压 200V 的 电源实例 ， 电源输出电压不高于20 0V 。     总之， 电源输出电压不得超过电源的浮地电压标称值 。如果输出电压超过电源的标称安全浮地电压，内部元件可能过压，进而导致元件故障或损坏，带来触电危险。使用电源时，请勿超过标称安全浮地电压限制！  

在 2013 年 3 月 6 日的文章《程控电源技术和应用指南（ 7 ） - 电源的串联和并联 》（ http://forum.eet-cn.com/BLOG_ARTICLE_16444.HTM ） 中， 我介绍了如何通过串联电源获得更高电压，或通过并联电源获得更大电流。在实际工作中，特别是在并联的时候， 电源之间的电压会存在某种失衡，将多个电源并联起来组成电压源始终不能尽善尽美。 因此，在那篇文章中，我们建议了以下配置：采用主、从配置。 即一台电源充当主电源，工作在恒压模式；其余几台并联的电源从电源，工作在恒流模式。为了维持这种工作模式，需要将所有从电源的电压一致设置为高于主电源的输出电压。如图 1 所示。 在实际使用过程中， 如果负载能始终保持较高的状态 ， 并联的电源就可以保持各自的工作模式 （ 在本例中 ， 至少 2/3 的满负载 ） 。但是，如果负载是动态的，不能持续保持高负载，那么会怎样呢？例如，采用主、从配置的电源很有可能遇到轻负载的情况。在这情况下，必须将所有电源的电压电平设置为相同值。因此，当处于满负载时，它们将会按照此前的方式工作，主电源保持恒压工作状态。但一旦出现空载或轻负载时，主电源立即会转换到非稳压工作模式，而其它从电源随后会在恒电压上保持总体输出。图2显示了0 至1/3 负载的情况。 图 2 ： 轻负载下并联电源的状态 毋庸置疑， 此时并联的电源系统性能会因此受到影响。低电压和高电压之间的转换将不利于系统电压的稳定。另外，主、从电源都会经历恒压、恒流和非稳定工作模式之间的交叉过渡，导致瞬态电压性能明显降低。 我们可以对这种方法进行改进， 即使用控制信号来保持各并联电源之间的输出电流共享。我们在N5700A 和 N8700A 系列电源中， 加入了此类控制功能。图 3所示就是引自《N5700A 用户指南》的。   图 3 ： N5700A 用于并联工作的连接 （ 使用本地感应 ） 采用这种布置，主电源（恒压模式）向从电源（恒流模式）提供模拟电流控制的输出信号。主、从电源之间通过这种方式在宽泛的负载电流变化范围内平等共享负载电流。 但这里还会有一个问题。 当多个并联的电源中只有一个处于恒压模式时，无法像单台高功率电源那样提供出色的动态性能。唯一创新的方法是使用最新的 N6900A / N7900A 系列APS电源系统。 它支持多个电源完美地并联工作，使性能不受丝毫影响。图 4 显示了 N6900A / N7900A 系列 APS 的并联布置。     图 4 ： N6900A / N7900A 系列 APS 的并联连接 N6900A / N7900A 系列 APS 电源 的并联布置还使用模拟控制信号来驱动电流共享。不过在这种布置中，主从电源没有区别。所有并在一起的电源都保持恒压工作状态，同时平等地共享电流。这使用户可以轻松地根据需要扩展电源系统，而不用担心有损性能。 如欲详细了解 APS 电源更多的信息， 请访问： http://www.tm.agilent.com.cn/tmo/Events/20131021/index.aspx 您也可以登录安捷伦在优酷中的视频中心，观看相关视频：   http://www.youku.com/playlist_show/id_20013609.html

程控电源的技术和应用远比多少工程师们想象的复杂。在过去的近一年中，老赤脚医生的博客上已经用了数十篇关于这方面的文章。今天，我们回到基础点，就是根据测试要求，迅速从大量的产品资料中迅速找到可能适合我们的产品 当您需要使用程控直流电源对被测器件 （ DUT ） 供电时 ，会 有众多电源厂商的产品可供选择。为缩小选择范围 ，选择最适合您需要的电源，就需要更为有效地查阅 电源的技术资料。尽管在技术资料中，电源的基本信息雷同，但您会注意到，不同电源厂商提供的技术指标说明是不完全一样的。为确保获得最合适的技术指标，您最好对被测器件需要的电源需有所了解。当然，首先是被测器件最大的输入电压、电流和功率。当然，还需要考虑是否需要动态的输入电压， 以及输入电压的精度范围。 之后，就需要考虑一下电源的测量能力了，如静态和动态的电流及电压，输出功率、测量精度等等。    在确定了被测器件的电源要求后 ， 您就可以仔细阅读技术资料中的电源技术指标 ， 从而找出符合您需求的电源产品。您很有可能会考虑以下技术指标： 直流输出额定值 显示了电源的最大电压、电流和功率。确保您的直流输入要求在上述数值范围内。 输出噪声 描述了夹杂在直流输出电压的交流成分 ， 通常用峰峰值电压和真有效值电压表示。如果被测器件对噪声敏感 ， 您必须选择低噪声电源。 负载调整率（也称为负载效应） 显示了静态输出电压随负载电流而变化的情形。如果您不希望被测器件的输入电压随电流而发生变化，就需要选择具有低负载调整率的电源。 负载瞬时恢复时间 是指在负载电流发生变化时，输出电压恢复到设定范围内所需要的时间。如果被测器件对输入电压短期显著变化非常敏感 ， 那么就需要选择负载瞬态恢复时间较短的电源。 源调整率 （ 也称为源效应）。 显示了静态输出的电压随交流输入电网电源变化的情形。如果您不希望被测器件的输入电压随交流电网电压波动而发生变化，那么可以选择源调整率较低的电源。 编程精度 显示了静态输出电压与编程设定值的差异。如果您想要精准地控制被测器件中的输入电压，那么可以选择编程精度较低的电源。 测量精度 显示了电压或电流的静态测量结果与实际输出值的差异。如果您想要非常精确地测量被测器件的输入电压或电流，那么可以选择测量精度较高的电源。 关于以上提到的所有这些参数的详细描述，在我以往的博客文章中都有描述： 程控电源技术与应用指南（ 4 ） - 纹波和噪声 程控电源技术与应用指南（ 5 ） - 超低纹波和噪声的精确测量方法 程控电源技术和应用指南（ 9 ） - 负载效应和源效应 程控电源技术和应用指南（ 10 ） - 瞬态响应（上篇） 程控电源技术和应用指南（ 10 ） - 瞬态响应（下篇） 用电源精确测 量电流 - 程控电源技术和应用（ 15 ） 如何确认电源精度 - 程控电源技术和应用指南（ 16 ） 动态电流和电压的测量 - 程控电源技术和应用（ 17 ）