測(cè)量精度是所有測(cè)試系統(tǒng)的基本規(guī)格。精度規(guī)格是系統(tǒng)中所有設(shè)備和系統(tǒng)整體布局的綜合考量，包括布線選擇和配置。確定測(cè)試系統(tǒng)精度必須包括測(cè)試系統(tǒng)中所有可編程直流電源的精度。那么，是什么定義可編程直流電源的精度呢？接下來(lái)我們將從以下三方面介紹影響可編程直流電源精度的設(shè)備參數(shù)和布線配置。
? 涉及精度的相關(guān)術(shù)語(yǔ)
? 遠(yuǎn)程感測(cè)
? 電源和負(fù)載的布線
可編程直流電源的精度規(guī)格和術(shù)語(yǔ)
讓我們首先看看設(shè)備的其他規(guī)格，這將有助于更好的理解電源的輸出精度。
? 顯示精度 - 此規(guī)格通常是設(shè)備精度的主要貢獻(xiàn)者。這個(gè)參數(shù)基本上是電源輸出和反饋路徑中所有組件的誤差預(yù)算。顯示精度表示為滿量程電壓的百分比數(shù)值或輸出電壓設(shè)置的百分比數(shù)值。
? 負(fù)載調(diào)節(jié)-負(fù)載調(diào)節(jié)定義了隨著負(fù)載電阻的減小，需要更多電流來(lái)維持固定電壓值時(shí)，輸出電壓的下降。更高的電流輸出會(huì)增加電源電路輸出路徑上的電壓下降。負(fù)載調(diào)整率表示為滿量程電壓或程控輸出電壓的函數(shù)。
? 穩(wěn)定性 -在指定的時(shí)間間隔內(nèi)的漂移決定了穩(wěn)定性。該時(shí)間間隔可以是一個(gè)八小時(shí)的工作班次。制造商可以將穩(wěn)定性定義為滿量程電壓的百分比。并非所有制造商都定義此參數(shù)。
? 噪聲 - 輸出中的變化來(lái)自于電子元件中產(chǎn)生的噪聲。制造商將噪聲定義為紋波或者就是噪聲。噪聲是所有電子電路中電壓的隨機(jī)變化。紋波是由于交流輸入電壓整流不完美而導(dǎo)致的輸出電壓的周期性變化。規(guī)范可以包括rms (均方根值)、峰值。
如果我們查看 EA-PSI 10000 3U 可編程直流電源的數(shù)據(jù)表，PSI 10200-70 200 V，70 A，5 kW電源具有以下精度參數(shù)：
顯示精度：≤滿量程電壓的0.05%
負(fù)載調(diào)整率：≤滿量程電壓的0.05%
穩(wěn)定性：≤滿量程電壓的0.02%
紋波（rms）≤40 mV
考慮最壞的情況下，即精度是累加的。PSI 10200-70的輸出精度為：
(0.05% + 0.05% + 0.02%)*200 V + 40 mV = 0.12%*200 V + 40 mV = 240 mV + 40 mV = 280 mV
因此，對(duì)于24 VDC的輸出，總的最大誤差為0.28 V/24 V·100% = 1%。總的%誤差隨著輸出的增加而減少，達(dá)到200 V輸出時(shí)的最小值0.1%。誤差很小，但需要包括所有參數(shù)以評(píng)估電源的總潛在誤差。
遠(yuǎn)程感測(cè)的重要性
僅測(cè)量精度并不能決定可編程直流電源在測(cè)試系統(tǒng)中的性能。另一個(gè)重要的考量因素是電源如何在負(fù)載處保持所需的電壓容差。施加到負(fù)載的電壓受到電源的輸出設(shè)置和到負(fù)載接線的影響。確保負(fù)載處的電壓是所需電壓的最佳方法是使用遠(yuǎn)程感測(cè)，它補(bǔ)償了測(cè)試引線電阻導(dǎo)致的壓降。
僅使用電源的兩個(gè)輸出端子連接到負(fù)載稱為本地感測(cè)，此時(shí)負(fù)載處的電壓為：
VLoad = VSupplyOutput – 2·VLead
= VSupplyOutput – 2·Iload·RLead
無(wú)論電源的精度有多好，施加到負(fù)載的電壓都不會(huì)具有同樣的精度。電源精度是在其輸出端子定義的，但工程師主要關(guān)心的是負(fù)載處的電壓精度。如果負(fù)載電流 ILoad大，根據(jù)公式 VLead = Iload·RLead，這將降低負(fù)載處的電壓，導(dǎo)致誤差可能會(huì)很大。
如圖1所示，遠(yuǎn)程感測(cè)使用兩個(gè)感測(cè)端子來(lái)測(cè)量負(fù)載處的電壓，并將此電壓反饋到電源控制電路。負(fù)載電壓感測(cè)電路具有高輸入阻抗，因此從負(fù)載處抽取的電流可以忽略不計(jì)。控制/功率放大器電路調(diào)整 VSupplyOutput，以保持負(fù)載處的電壓為程控輸出電壓。實(shí)際上的 VSupplyOutput = 程控輸出電壓+測(cè)試引線中的壓降（2* Iload·RLead）。
圖1. 使用遠(yuǎn)程感測(cè)，確保負(fù)載處的電壓是程控輸出電壓
布線方法
雖然使用遠(yuǎn)程感測(cè)可以補(bǔ)償測(cè)試引線中的壓降以及由此導(dǎo)致的負(fù)載處電壓降低，但這對(duì)于電源可以維持其精度的測(cè)試引線中的電壓降幅度是有限的。對(duì)于 PSI 10200-70 和 EA-PSI 10000 系列，引線中的總壓降必須小于額定輸出電壓的5%。
如果電源的輸出電壓為 24 VDC，那么測(cè)試引線中的最大電壓降不得超過(guò) 1.2 V。因此，我們需要保持測(cè)試引線盡可能短，并選擇既符合安全標(biāo)準(zhǔn)又可以最小化引線壓降的線徑。遵循這些建議將確保電源能夠準(zhǔn)確地向負(fù)載供電。
降低電路噪聲和提高穩(wěn)定性是更具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，測(cè)試工程師需要根據(jù)測(cè)試引線和負(fù)載的電容和電感特性嘗試不同的布線配置。
例如，對(duì)于阻性負(fù)載，需將電源引線和感測(cè)引線分開(kāi)。使用雙絞線作為感測(cè)引線，以最小化環(huán)路區(qū)域，以便外部磁場(chǎng)（如電機(jī)）不能在線引線中感測(cè)電壓。見(jiàn)圖2。
請(qǐng)記住，磁場(chǎng)感測(cè)的電壓是V = ∫B·dA
由于負(fù)載電壓感測(cè)電路的輸入阻抗高，感測(cè)輸入上的少量外部電氣噪聲可能會(huì)產(chǎn)生誤差電壓?？墒褂闷帘坞p絞線來(lái)消除外部電氣干擾源的影響。
圖2. 遠(yuǎn)程感測(cè)引線的布線選項(xiàng)之一是使用屏蔽雙絞線
如果負(fù)載具有更復(fù)雜的輸入阻抗，則可能需要其他布線方案，以消除由感測(cè)電路中開(kāi)始并傳播到電源輸出的振蕩。
回想一下，像同軸電纜這樣的測(cè)試引線是一個(gè)分布式RLC網(wǎng)絡(luò)。盡管我們正在討論可編程直流電源，但供電-負(fù)載電路是一個(gè)復(fù)雜的阻抗網(wǎng)絡(luò)。程控電壓的步進(jìn)變化和外部噪聲可能會(huì)在直流電源線上引起振蕩。
將每個(gè)感測(cè)線放置在其相應(yīng)的電源線旁邊，可以消除可能的振蕩。在某些情況下，向負(fù)載添加電容有助于消除振蕩。
最好多嘗試遠(yuǎn)程感測(cè)的不同配置，以確保電源-負(fù)載電路達(dá)到最穩(wěn)定。
！設(shè)備預(yù)熱
當(dāng)通電時(shí)，所有設(shè)備都需要預(yù)熱時(shí)間，以使電子設(shè)備達(dá)到熱平衡。設(shè)備的穩(wěn)定性和精度是在預(yù)熱后指定的。例如，大多數(shù)EA電源通常需要預(yù)熱30分鐘才能達(dá)到指定的精度。
不要忽視這個(gè)細(xì)節(jié)！大多數(shù)電子工程師都知道需要讓設(shè)備預(yù)熱，但經(jīng)常忘記這個(gè)細(xì)節(jié)。如果條件不允許電源預(yù)熱，其初始輸出不一定符合指定規(guī)格。
小 結(jié)
可編程直流電源的規(guī)格和電源在電路中的布線配置都會(huì)影響電源-負(fù)載電路中負(fù)載電壓的準(zhǔn)確性。有了這些提示，電子工程師可以從電源中獲得最佳精度。EA Elektro-Automatik可以幫助用戶選擇直流電源并實(shí)現(xiàn)與負(fù)載的最佳連接。
