如何為測(cè)試應(yīng)用確定最佳電源，第一部分功率和噪聲

大多數(shù)電氣工程師認(rèn)為他們對(duì)電源有很好的了解，因?yàn)樗鼈兪窍鄬?duì)簡(jiǎn)單的單功能直流設(shè)備，旨在輸出受控電壓。但是，電源的功能遠(yuǎn)不止此描述所暗示的。盡管電源的規(guī)格對(duì)大多數(shù)應(yīng)用都充分描述了其性能，但指定其性能(或任何儀器的性能)的每個(gè)可能方面在金錢和時(shí)間方面都太昂貴了。

盡管對(duì)電源規(guī)格的審查應(yīng)始終是選擇過(guò)程的一部分，但也應(yīng)考慮其他特性。從用戶的角度來(lái)看，重要的是了解電源的功率包絡(luò)，以確保它能夠以特定應(yīng)用所需的電壓和電流參數(shù)提供功率。

對(duì)于生成或測(cè)量低電平信號(hào)的電路的開(kāi)發(fā)、表征和測(cè)試，選擇電源的設(shè)計(jì)拓?fù)洳⒀芯科涔材ｋ娏鲗?duì)于確保其不會(huì)干擾電路性能至關(guān)重要。同樣，如果開(kāi)發(fā)具有多個(gè)隔離電路的設(shè)備，電源不會(huì)降低設(shè)備的隔離度至關(guān)重要。將電源用作在其工作電壓范圍內(nèi)測(cè)試電路的精確電壓源或用作校準(zhǔn)源時(shí)，必須確認(rèn)可以在被測(cè)電路的輸入端獲得電源的規(guī)定精度。此類應(yīng)用需要對(duì)電源特性進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。

調(diào)查功率包絡(luò)線

最重要的決定是確保有足夠的功率為被測(cè)設(shè)備 (DUT) 供電。盡管這聽(tīng)起來(lái)很明顯，但請(qǐng)注意不同類型的電源和電源具有不同的功率包絡(luò)。一種電源具有矩形功率包絡(luò)線，其中任何電流都可以在任何電壓電平下提供給負(fù)載。這無(wú)疑是最通用的功率包絡(luò)線。第二種類型的電源可以具有多個(gè)范圍的多個(gè)矩形信封。這種類型的功率包絡(luò)提供的優(yōu)點(diǎn)是它允許一個(gè)參數(shù)的更高值而犧牲另一個(gè)參數(shù)。例如，具有這種類型包絡(luò)的電源可以輸出更高水平的電流，但最大電壓更低。

一些電源輸出雙曲線包絡(luò)，它提供比多范圍電源更連續(xù)的轉(zhuǎn)換。使用此功率包絡(luò)，一個(gè)參數(shù)與另一個(gè)參數(shù)成反比。高功率輸出電源往往具有多范圍或雙曲線包絡(luò)?；〞r(shí)間研究特定應(yīng)用所需的封裝類型，以確保所選電源能夠在測(cè)試所需的電壓和電流水平下提供所需的功率。

確定噪聲性能

在為以極低電壓運(yùn)行的電路或使用或測(cè)量極低電流的電路(例如必須拾取毫伏或微安電流信號(hào)的傳感器檢測(cè)器)供電時(shí)，來(lái)自外部源的噪聲可能會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題。電源本身是噪聲源之一，可分為兩種成分：常模噪聲和共模噪聲。由于電源的內(nèi)部電路，電源的輸出端子會(huì)產(chǎn)生正常模式噪聲。共模噪聲是源自電源線和主變壓器上的雜散電容的接地參考噪聲。

對(duì)于敏感電路，與使用開(kāi)關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)的電源相比，線性電源提供的正常模式輸出噪聲要低得多。權(quán)衡是線性電源的電源轉(zhuǎn)換效率低于開(kāi)關(guān)電源，而且體積更大、更重。開(kāi)關(guān)電源通常在較小的外殼中提供更多的輸出功率。對(duì)于噪聲敏感的電路，線性電源的噪聲僅為開(kāi)關(guān)電源的五分之一到十分之一(5mVp-p vs. >50mVp-p)。當(dāng)正常模式噪聲是一個(gè)關(guān)鍵考慮因素時(shí)，盡可能使用線性電源。

評(píng)估共模噪聲電流

除了較低的正常模式噪聲外，線性電源的共模噪聲通常也低于開(kāi)關(guān)電源。每當(dāng)電壓變化時(shí)，例如隔離變壓器初級(jí)或次級(jí)繞組上的交流電壓和瞬變 (dv/dt) 將電流耦合通過(guò)屏障，就會(huì)產(chǎn)生共模噪聲。初級(jí)(次級(jí))上產(chǎn)生的任何噪聲電流都必須返回初級(jí)(次級(jí))以完成電路。每當(dāng)該電流流過(guò)阻抗時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生噪聲電壓，在某些情況下，這會(huì)降低負(fù)載(或 DUT)性能或?qū)е仑?fù)載監(jiān)控測(cè)量不準(zhǔn)確。

噪聲項(xiàng)的大小與電壓上升時(shí)間和電源隔離變壓器的未屏蔽或雜散電容直接相關(guān)。共模噪聲源包括整流二極管(在次級(jí))開(kāi)啟和關(guān)閉的電壓瞬變，以及 60Hz 線路移動(dòng)或開(kāi)關(guān)電源初級(jí)電路常見(jiàn)的突然電壓瞬變。

變壓器結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，包括初級(jí)和次級(jí)繞組之間的充分屏蔽，可以最大限度地減少初級(jí)和次級(jí)之間的雜散電容。在耦合電容最小的情況下，流經(jīng)負(fù)載的噪聲電流通常不會(huì)影響負(fù)載的運(yùn)行或影響負(fù)載上的測(cè)量。如果變壓器的初級(jí)和次級(jí)沒(méi)有充分相互屏蔽，則耦合電容可能很大，毫安級(jí)的電流會(huì)流入負(fù)載，從而產(chǎn)生性能問(wèn)題和負(fù)載電流測(cè)量誤差。對(duì)于低功耗和敏感組件、模塊或最終產(chǎn)品，請(qǐng)?jiān)u估電源的低共模性能。