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如何确认电源精度 - 程控电源技术和应用指南(16)

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在文章《用电源精确测量电流 - 程控电源技术和应用(15》中,我们谈到了电源的测量能力。这里,我们将会探讨电源的精度技术指标,并介绍如何确定电源的电压精度,以及其它的电源精度计算方法。在电源的技术资料中,与电压精度相关的技术指标通常有 5 个,分别是:

1. 
负载效应(负载调节率):当负载发生变化时,由于电源内阻的分压作用,会导致电源输出电压也发生变化。当负载或电源电流后,电源的调整电路无法维持精准的输出电压,由此产生误差。

2. 
源效应(输入电压调节率):输入的交流电压产生变化,引起电源输出电压发生变化,从而出现误差。

3. 
编程分辨率:在设置电源电平时,电压值通常用数字表示, 电源需要利用D/A 转换器来转换这个输入值。DAC 输出控制正确的输出电压。在DAC中始终会存在量化误差,也是编程分辨率。DAC特数越多,分辨率越高,量化误差就越小。

4. 
编程精度:这个主要技术指标涉及到了上面提到的三个指标(负载效应、源效应和编程分辨率)以及系统误差,如放大器漂移等。

5. 
编程温度系数误差:如果电源不在理想温度范围内工作,那么超出温度范围时,就会产生温度系数误差。

   
如上所述,在计算电源的输出精度时,我们只需要考虑编程精度技术指标。它涵盖了负载效应、源效应、编程分辨率以及编程温度系数误差。 编程温度系数误差仅限于电源不在理想温度范围内的情况。与其它仪器相同的是,电源必须经过 30 分钟预热才能计算其输出精度。下面是电源的输出精度计算过程:

误差 = ±(编程精度 + 温度系数(如果不在理想温度范围内))


   我们现在来了解一下如何使用 Agilent N6700 系统中的 N6761A 精密直流电源模块进行计算。N6761A 高性能电源有极其精确的输出电压, 误差很小。下图源自 N6761A 的技术资料,显示了编程精度技术指标及其它技术指标。


经过 30 分钟预热后,N6761A 5 V(低范围)内工作,负载牵引电流为 4 A,环境温度为 29 。注意:在“编程精度”一行中,理想温度范围是 23 +/- 5 但由于电源模块在 29 上工作,比理想温度范围超出了一度,必须在计算过程中添加温度系数误差。N6761A 5V范围内的电压编程精度技术指标是 0.016% + 1.5 mV。温度系数技术指标是
40 ppm + 70 uV
。让我们了解一下精度计算方法:

1.    
编程精度 = 编程值 x 0.016% +1.5 mV
5x 0.00016 + 0.0015 = 2.3 mV

2.    
温度系数是 1 度,因此,1x(5x30e-6 + 40 uV) = 190 uV



因此,在5 V输出 时,误差 = ±( 2.3 mV + 0.19 mV) = ±2.49 mV



   电源工作环境温度仅与理想温度范围偏差不大时, 系统能确保极高的精度。需要注意的是, 当需要精确测量时,我们需要采用若干个工频周期的测量时间,例如利用10 个电源工频周期200 ms 来精确测量电源电平。如果仅快速采集电源电压的几个点, 我们会看到更多的噪声误差。 在上图中,N6761A 具有 4.5 mVpp -峰值噪声和 0.35 mVrum 有效值噪声。如果我们利用差分放大器来放大,并使用示波器来观察, 我们就能看到电源电平上的噪声。如果对电源电平进行平均值测量,就能消除噪声。


  
在使用具有内置测量能力的高性能程控电源时,您应更关注测量精度,也称回读精度。测量精度误差技术指标可能并不完全相同与编程精度技术指标。



在精度计算中,通常是电源工作在恒压模式(CV), 这也是最常见的电源工作模式。  如果电源工作在恒流模式(CC),将会发生什么情况? 计算方法保持不变,只不过这是关注的是电流技术指标,而非电压技术指标。好的,
希望这些能对您的工作有所帮助。


观看优酷网上的安捷伦电源专家讲解有关电源精度的视频: