电源测试仪器不再仅仅是直流输出设备。与它们所连接的产品一样，电源也在不断发展，能够与PC接口、模拟电池和太阳能电池等电源，并执行测试序列。单个仪器的功率从最低30 W到最高60 kW不等，电压可高达2000 V，电流输出可达到1000 A。电源是复杂的仪器。

　　直流电源概述

　　图1展示了直流电源的基本电路模块。变压器将交流电源与其余电路进行隔离。变压器根据电源所需的最大直流输出电压，对交流电压进行升压或降压。整流电路模块将变压器的交流电压转换为单极交流电压。接下来，滤波模块将单极交流电转换为带有波纹效应的不完美直流电压。稳压器将输出电压调整至所需水平，并进一步过滤，以确保输出为恒定的直流电压。

　　偏离理想输出

　　直流电源的输出不一定总能提供用户编程的精确输出。制造商会根据元件的公差来定义直流输出的精度。制造商还可能指定温度系数，以增加输出公差。造成直流输出低于编程值的另一个原因是，在高电流负载下，电源内部各个元件的内阻会使电压下降。制造商将这一现象称为负载调节，即满量程电压的百分比误差。要全面确定直流电源的输出精度，需要将负载调节误差与输出精度相加。

　　直流电源的输出也会存在噪声。所有与电子元件相关的电子运动及其与原子的碰撞都会产生噪声。此外，交流电源的状态、电磁干扰(EMI)和接地线上的杂散电流也会在电源输出中引入噪声。无论设计多么优秀，直流电源的输出都会存在噪声。

　　电源拓扑

　　电源拓扑主要有两种类型：线性和开关模式设计。线性设计中的电流在电路中持续流动，其优点是噪声低且复杂性低，但效率不高。线性电源的效率通常低于60%。而开关模式电源的效率可达到90%左右，但其复杂性和输出噪声都要高得多。较高的噪声是由于晶体管作为开关以千赫兹的频率快速开关电源。开关模式电源使用的变压器比同功率的线性电源要小且轻。因此，虽然这两种拓扑都适用于低功率电源，但开关模式电源几乎总是用于设计功率超过500 W的电源。

　　直流电源的版本

　　大多数电源是单极仪器，工作在第一象限(正电压和正电流)。双极输出电源则工作在第一和第四象限。其输出电压可以是正值或负值，而电流始终为正值。第三种类型的电源可以在第一和第二象限工作，称为双向电源。在第一象限中，该电源作为直流电压源;在第二象限中，它吸收电流并作为电子负载工作。因此，双向电源结合了两种仪器的性能：直流电源和直流电子负载。见图2。

　　控制直流输出

　　除了对输出进行滤波以提供无波纹的直流输出外，稳压器还保持输出电压在编程水平。我们可以将稳压器电路建模为反馈放大器，如图3所示。输出电压感测电路监控输出电压，并将其反馈至误差/功率放大器。误差/功率放大器根据放大器输入端电压差的极性来提高或降低其输出。

　　当负载电流较小的时候，监测直流电源输出端子的电压是足够的。小负载电流下，导线上的电压降是微不足道的。然而，在大负载电流下，导线上的电压降可能会很大，此时施加在负载上的电压低于编程输出电压：

　　如果电源设计为四线连接，即两根导线供电给负载，两根导线感测负载电压，则电源会对负载的较低电压进行修正。图3b展示了连接到负载的四线连接。

　　输出电压感测电路具有高输入阻抗，因此它抽取的电流可以忽略不计。在感测导线上的电压降微不足道的情况下，电压感测电路可以测量负载上的实际电压，并将该电压反馈给电源的误差/功率放大器。放大器会将输出电压提高至 2⋅VLead，以补偿源导线上的电压降。这一特性被称为远程感测，确保施加在负载上的电压为期望值。使用四线连接可以确保负载电压的更高精度。

　　输出特性选项

　　电源可以通过不同的方法向其负载提供电力。典型的电源将具有矩形的输出I-V特性。该电源的输出可以是该矩形内的任何电压和电流值。图4中的粗蓝线展示了具有矩形I-V输出特性的直流电源。第二种供电方式称为自动调节。具有自动调节I-V输出特性的直流电源，其输出具有矩形输出和双曲线输出的组合。自动调节特性可以提供比同功率的矩形输出电源更宽的负载电流范围，有时还会提供更宽的电压范围。图4中黑色和红色的曲线就是自动调节输出特性的一个例子。自动调节特性允许沿红色曲线的所有点进行全功率输出，而矩形输出仅在其最大电压和电流下提供全功率。

　　创新的直流电源

　　直流电源是设计和测试所有电子设备的必备工具。电子产品的广泛变化导致了电源类型和功能的多样化。

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