agilent

什么是自动量程电源?- 程控电源技术和应用(51)

0
阅读(2640)

在英文中,自动量程程控电源被称为“Programmable Auto-Range Power Supply”, 它能提供远高于普通程控电源的工作范围。但提供这类型电源的厂家并不多,据估算,在市面上具备这种能力的电源种类还不到 10%。为了确定您的电压是否具备这种能力,只需查看它的最大额定电压、电流和输出功率。如果最大电压与最大电流乘积值大于最大功率,那么您的电源应该就是自动量程的。

 

图 1 显示了普通的、非自动量程电源的输出特征。由于额定输出电压和电流组成的图形形似一个矩形,因而它被称为“矩形”输出电源。电源能够在电压和电流限制范围内的随意点工作。只需查看额定数值,即可确定您的电源能否满足您的供电需求:如果您的适用电压低于额定电压,适用电流低于额定电流,那么您的电源能够满足您的需求。尽管电源具备特定的最大功率,但只有同时用到其最大额定电压和最大额定电流时,才会用到电源的最大输出功率。

 

自动量程电源

 

图 2 显示了自动量程电源的输出特征。图中的这个曲线是电压与电流乘积值等于最大功率时的点构成。在曲线末端,仍然存在电压和电流的限制。在图2表征的自动量程电源曲线中, 最大电压(称为 V1)是 50 V,电源功率是 100 W,由此可得到 2A 的电流。但它也可得到10A的最大电流,此时最大电压将是10V(称为 V2)。V1/V2 的比值是 5,因而这个是 5:1 的自动量程电源。这个比值越高,电源的灵活性也会越高,可在更宽泛的量程内工作。市面上的典型的量程电源在 2:1 至 5:1 之间。

 

 

2:自动量程电源的输出特征。V1 表示最大电压,I1 表示对应的电流,由此,I1 = 最大功率/V1I2 表示最大电流,V2 表示对应的电压,由此,V2= 最大功率/I2。在曲线中,可用电压和电流受限于最大功率。图中所示电源特性是 50V10A100W5:1 自动量程电源。

自动量程电源的缺点

 

相比于普通的“矩形”输出的电源,自动量程电源具有2-5倍的输出范围和灵活性。但其缺点就是在精度方面可能不尽人如意。考虑到更宽的电压和电流范围,内置测量系统也需要在很大的量程范围内工作。在前例中测量系统的量程必须设定为 50V 10A即便这只是一个 100W 电源。扩展测量系统的工作量程范围意味着引入额外的测量不准确性,尤其是在低电压和小电流输出的时候。

 

从价格上来看,自动量程电源比同等“矩形”电源价格高 20-30%。自动量程电源需要通过额外的控制环路使输出功率处于电源的功率包络要求内;其次,选用的元器件必须满足最高电压和最大电流的要求,这类最大值条件可能在功率元器件的某个点上出现,但不会同时出现;最后,为了在宽泛的工作范围内实现最佳测量精度,必须使用成本更高的测量系统。这些都推高了自动量程电源的成本。

 

自动量程电源与“矩形”电源:是否有一方胜出?

 

由于自动量程电源有更宽泛的工作范围,因而它能够替代几个额定值相同的“矩形”输出电源。图 3a 显示了需要多个100W“矩形”输出电源来匹配单台 100W5:1 自动量程电源的输出范围。另一种方法是使用更高功率的“矩形”输出电源。图 3b 显示了 500W矩形”输出电源, 它提供与 100W 5:1 自动量程电源相近的工作范围。可以看出,100 W自动量程电源具备出色的灵活性。 当然,更高功率的“矩形”输出电源也是一个不错的选择。在实际工作中,要确定选择哪一款电源,您还需要对比两者的成本和物理尺寸。

 


图 3:图 3a 对比了一个 100W 自动量程电源和多个 100W “矩形”输出电源的输出范围。为了覆盖相同的自动量程电源输出电压和电流范围,需要使用多个“矩形”输出电源,这样做就会增加成本并占据更多的机架空间。图 3b 对比了 500W 矩形输出电源和 100W 自动量程电源。 500W “矩形”电源的尺寸更大、价格更高,但它能够覆盖 100W 自动量程电源的全部工作范围, 而且提供更大的功率,但也意味着成本更高和尺寸更大。


何时选择自动量程电源

 

如果您测试中使用的电源电压范围很有限,例如替代锂电池为一部手机供电,它的工作电压在 4.2V 和 2.8V 之间,非常狭窄。 非常明显,在这里自动量程电源的宽范围工作特性就会是大材小用。

 

相反,如果您的测试需要宽泛的工作范围,那么具备更高灵活性和更小体积的自动量程电源就成为了不错的选择。这会节省成本和机架空间。如果您需要开发一套更为灵活的自动测试系统,自动量程电源就可以帮助您获得更高的灵活性。例如,一个研发团队要测试一系列的车载DC/DC转换器,要求测试电压的范围在5-50V之间,而功率在100W以内。这样,一台100W的自动量程电源就可能满足整个产品系列的输入要求。当然,如果此时自动量程电源的精度无法满足测试需求的时候,设计者可以在系统中添加了自己的外部测量系统。