如何正确理解线性电源指标

乍一看，可变直流电源设备似乎很简单。但它是一种极为复杂、准确而且耐用的高负荷电子设备。无论是阻性、感性、容性、低阻抗、高阻抗、稳态还是可变负载，电源设备都必须可靠地提供稳定、精密和清洁的电压和电流。工程师在应用中如要选择适合的电源，需要透彻理解电源指标。下面简要介绍线性电源指标。

线性电源非常耐用、准确并能提供低噪声功率。它们简单、直接的反馈机制提供了优秀的负载调整率和整体稳定性。图1示出了线性电源的简化框图。

图1 可编程线性电源的简化框图

线性电源指标线性电源有很多指标，但可以从逻辑上划分为三类：准确度和分辨率、稳定性以及交流特性。我们将分别介绍属于这三类的重要指标。

大多数直流电源有两种工作模式。在恒压(CV)模式下，电源会根据用户设置调节输出电压。在恒流(CC)模式下，电源将调节电流。电源是CV模式还是CC模式不仅取决于用户设置还取决于负载电阻。在CV模式和CC模式下，电源适用不同的指标。

准确度和分辨率

在任意给定时间上，电源调节电压或电流并在仪器准确度范围内使电压或电流与设置相匹配。

● 在CV模式下，在仪器准确度指标范围内输出电压匹配电压设置。电流由负载阻抗决定。

● 在CC模式下，输出电流匹配电流极限设置。电压由负载阻抗决定。

历史上，直流电源用户使用电位计设置输出电压或电流。今天，微处理器从用户接口或远端接口接收输入。数模转换器(DAC)接收数字设置，将其转换为模拟值并用作模拟调节器的参考。设置分辨率和准确度的值由转换质量和调节过程决定。

电压和电流设置(有时称为极限或设置值)分别有与之相关的分辨率和准确度指标。这些设置的分辨率决定了输出可调的最小增量，准确度描述了输出值符合国际标准的程度。应当分别考虑设置和回读指标。回读准确度好并不一定就意味着设置准确度好。

大多数直流电源提供内置仪表测量电压和电流。这些仪表测量电源输出提供的电压和电流。由于仪表读取返回至电源的电压和电流，所以仪表测量值通常称为回读值。大多数专业电源包含了使用模数转换器的数字仪表并且这些内部仪器指标类似于数字万用表指标。电源在前面板显示仪表值并通过其远程接口(如果配置了)发送仪表值。

设置准确度设置准确度决定了调节参数与国际标准定义理论值的接近程度。电源输出不确定度主要由DAC误差项(包括量化误差)决定。通过连至电源输出端的可追踪、精密测量系统测量调节变量进而测试设置准确度。设置准确度为：±(设置值的% + 偏移量)

例如，吉时利2200-32-3电源的电压设置准确度指标为±(0.03% + 3mV)。因此，当设置输出5V时，输出值不确定度为5V(0.0003 + 3mV)，或4.5mV.电流设置准确度也类似地规定和计算。

设置分辨率

设置分辨率是电源上电压或电流的最小设置变化量选项。有时，此参数称为编程分辨率。分辨率指标限制了可设置的离散电平数。通常，离散电平数由用户接口位数和DAC位数共同决定。更多位数的DAC能更精细地控制其输出并能提供更分明的环路控制参考值。但是，失调和增益误差校正会使分辨率低于DAC提供的位数。

用单步设置修改分辨率不一定总会使输出相应改变。但是，设置准确度指标管理着设置与输出的关系，并应在此容许范围内校准仪器。设置分辨率可以用绝对单位值或满量程百分数表示。例如，吉时利2200-32-3的电压设置分辨率为1mV,电流设置分辨率为0.1mA.

回读准确度

回读准确度有时也称为仪表准确度。它决定了内部测量值与输出电压理论值的接近程度(在启用设置准确度之后)。像数字万用表那样，使用追溯性的参考标准测试回读准确度。回读准确度表示为：±(测量值的% + 偏移量)

回读分辨率

回读分辨率是电源内部测量的输出电压或电流的可分辨最小变化量。回读分辨率通常用绝对值表示，也可以用满量程的百分数表示。例如，吉时利2200-32-3的电压回读分辨率为1mV,电流设置分辨率为0.1mA.见图2.

图2 上方显示的最低有效位对应于吉时利2200系列仪器的1mV和0.1mA回读分辨率。下方显示的最低有效位对应于设置分辨率

使用远端感测提高电压准确度

电源与被测器件(DUT)之间承载电流引起的电缆压降意味着DUT电压低于电源输出端电压。在任意电源条件下，使用较大尺寸线缆能降低测试线压降。保持电缆尽量短也有帮助。如果电源配备了远端感测能力，使用4线连接能确保电源的设置电压即为在DUT上得到的电压。

用4线连接电源与DUT,一组测试线传送输出电流，另一组测试线被电源用于在DUT端直接测量电压，如图3所示。电源内部感测线连接至高阻抗电表电路;因此，测试线电流接近