在测试系统中如何选择DC系统电源

通常认为，测试系统要求使用线性电源，因为线性电源具有输出噪声低、快输出响应等优势。但是，精心设计的开关电源同样会实现优异的性能，可以与优秀的线性电源相媲美。电子产品的竞争格局正在不断变化，特别是通信和信息系统，这需要更高的DC功率和电流为其组件和器件供电。在选择系统DC电源时，更高的功率要求给测试带来了新的挑战。对更高功率的应用，由于体积、供货时间和成本，开关系统DC电源通常是首选。新一代开关系统DC电源可以达到线性电源的性能，同时提供更高的功率密度。在许多情况下，这可能是更好的整体选择，它可以节约机架空间，降低成本，同时满足性能需求。因此，根据要求、而不是根据电源的工作类型来选择电源，是最明智的方法。

线性DC电源结构
　　如图1所示，线性DC电源的概念和基本实现方式相对来说都非常简单：
　　1.变压器把AC电压转换成与要求的最大DC输出电压相一致的值。
　　2.AC电压被整流为DC电压。
　　3.大功率电解电容器滤波掉叠加在未稳压的DC电压上的大部分AC纹波电压。
　　4.串联的功率晶体管控制着未稳压的DC电压和稳压的DC输出电压之差。为正确稳压，在串联的晶体管中必需保持一些电压。
　　5.误差信号放大器比较输出电压与参考电压，在期望的设置上稳定输出。
　　6.最后，输出滤波电容器进一步降低AC输出噪声和纹波，降低输出阻抗，实现更加理想的纯电压源特点。

线性DC电源设计已经非常成熟，现在主要是逐渐增加效率和改善热量管理。在正确实现时，其简明配置具有以下的优点：对AC源和负载的变化具有快速的输出瞬态响应；低输出噪声和纹波；低电流共模噪声；在较低输出功率上非常经济 (在大约500W以下)
　　它存在的缺点主要有：功率效率差，在全部输出电压时一般不到60%，在更低的输出电压设置上，效率会进一步下降；物理尺寸大，重量高；在较高的功率上成本高 (在大约500W以上)。

传统的开关DC电源结构
　　图2所示的基本开关电源要复杂得多：
　　1，首先对AC输入进行整流和滤波，提供未稳压的高压DC，为下一步DC到DC转换电路供电；
　　2，功率晶体管开关将直流转换为20 kHz ～ 50 kHz高压高频 AC脉冲；
　　3，根据输出电压的要求选择适当线匝比率的AC脉冲电压变压器；
　　4，这个变压器将AC脉冲电压整流成脉冲 DC电压；
　　5，LC (电感器／电容器)输出滤波器把脉冲DC电压平均成电源输出上的连续DC电压；
　　6，与线性电源一样，误差信号放大器比较DC输出电压与参考电压，在期望的设置上稳定输出；
　　7，调制器电路把误差信号放大器信号转换成高频脉宽调制的波形，驱动开关电源晶体管。
　　传统开关DC电源所具有的优点如下：功率转换效率高，一般达到80% ；对于较高功率可以做得体积小，重量轻；成本比较低，特别是在较高功率时。
　　传统开关DC电源存在的缺点是：高输出噪声和纹波；高共模电流噪声；对AC源和DC输出负载变化响应慢。
　　传统开关DC电源性能在很大程度上是针对成本、效率和体积优化的结果，而这几个方面正是线性 DC电源所缺乏的。在正确优化时，开关 DC电源可以与线性DC电源有效地展开竞争。

更多的功率和电流
　　新一代通信和数字信息系统所需的DC功率和电流一直在呈指数级提高。与此相适应，分布式功率结构(DPAs)也在不断发展。这推动着开关电源设计的性能和效率不断提高，而且要求更高的功率，从而给测试设备市场带来了技术的改进，以便为这些市场上的供电设备和测试设备提供支持。
　　这些系统中的许多元器件和组件都要求高达几千瓦的DC功率，如基站RF功放和海量数据存储设备。许多设备从24V或48V DPA总线供电。它们可能采用DC/DC转换器，创建较低的本地总线电压。负荷点(POL)稳压器为最终负荷提供最终电压电平，而不管其是微处理器、数字电路、模拟电路还是其它器件。POL稳压器可以量身定制，提供特定负荷所需的性能。
　　为适应这些市场趋势，测试设备供应商现在针对这些市场为测试设备提供了功率更高、密度更高的系统DC电源。其中一个实例是Agilent N5700 DC电源家族。这些电源在真正的1U高的全机架宽度封装中，提供了750W或1,500W的输出功率及6V ～ 600V输出。多台设备可以连接起来，实现更高的功率。这些功能使其特别适合高功率测试应用，包括测试基站功放和数据存储系统，同时最大限度地降低测试机架空间要求。

　　高性能不再是线性电源专利
　　通过采用POL稳压器，DPA还在需要的地方提供了更高的性能，如为灵敏的模拟和混合信号组件供电。测试设备供应商再次作出反应。更高的开关频率、基于交替开关的结构、完善的滤波技术及精心设计，创造出能够达到线性电源性 能的新一代程控测试用系统DC电源。其中一个实例是Agilent N6700模块化电源系统。其密度约比同类的线性电源高出三倍，拥有最高4个输出，在1U高的封装中提供总计高达400瓦的输出功率。同时，其输出噪声和瞬态响应与线性电源相当，如表1所示。它特别适合许多低噪声测试应用，如模拟PCB测试，而过去只有线性程控DC电源才被视为可以接受的电源。