如果你也和我一樣工位上常年堆著三四臺(tái)不同規(guī)格的直流電源——一臺(tái)低壓大電流、一臺(tái)高壓小電流、再加上一臺(tái)可調(diào)限流的——那你大概也經(jīng)歷過(guò)這種場(chǎng)景測(cè)一塊12V鋰電池板子剛接上設(shè)備卻發(fā)現(xiàn)手頭的電源要么電壓不夠要么電流撐不住換一臺(tái)后電壓檔位、保護(hù)值又得全部重新設(shè)置。我去年把桌上那堆舊電源換成一臺(tái)多量程可編程直流電源Multi-Range Programmable DC Power Supplies之后這種情況基本絕跡了今天就把這臺(tái)設(shè)備從選型、原理、實(shí)操到踩坑的完整經(jīng)驗(yàn)整理出來(lái)希望能幫你少走點(diǎn)彎路。這篇文章不是什么廠商軟文也不是規(guī)格書(shū)復(fù)讀機(jī)而是一個(gè)經(jīng)常跟電源、電池、車(chē)載電子和控制板打交道的工程師的日常記錄。無(wú)論你是實(shí)驗(yàn)室里的硬件工程師、做嵌入式開(kāi)發(fā)的程序員還是喜歡自己折騰電子小項(xiàng)目的愛(ài)好者只要你在用直流電源給被測(cè)設(shè)備供電或者正打算添置一臺(tái)新的可編程電源這篇文章應(yīng)該都能給你一些可落地的參考。1. 多量程不等于大功率功率包絡(luò)曲線(xiàn)才是核心1.1 為什么老式電源總讓人多買(mǎi)幾臺(tái)很多剛接觸可編程電源的人會(huì)下意識(shí)地把“多量程”和“大功率”劃等號(hào)。其實(shí)這是兩個(gè)完全不同的概念而且搞混了之后選型很容易花冤枉錢(qián)。傳統(tǒng)直流電源大多是單量程設(shè)計(jì)。比如一臺(tái)30V/5A的電源銘牌上寫(xiě)得很清楚最大電壓30V最大電流5A。它的工作區(qū)域是個(gè)矩形橫軸電壓縱軸電流你只能在0到30V、0到5A這個(gè)矩形里取點(diǎn)。乍一看很合理但真正用起來(lái)就發(fā)現(xiàn)很憋屈當(dāng)你需要12V/3A給一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板供電這臺(tái)電源能應(yīng)付可當(dāng)你想給一塊2V的超級(jí)電容充電需要拉到8A電流時(shí)這臺(tái)30V/5A的電源就無(wú)能為力了因?yàn)殡娏魃舷蘅ㄔ?A。你只能再去買(mǎi)一臺(tái)專(zhuān)門(mén)的5V/10A甚至2V/20A的低壓大電流電源。這時(shí)候多量程電源的價(jià)值就體現(xiàn)出來(lái)了。它不像傳統(tǒng)電源那樣只有一個(gè)固定電壓電流組合而是提供若干組量程在不超過(guò)最大功率的前提下允許你根據(jù)實(shí)際需要自由組合電壓和電流。換句話(huà)說(shuō)一臺(tái)多量程電源常常能覆蓋傳統(tǒng)兩三臺(tái)電源的工作范圍。1.2 等功率包絡(luò)曲線(xiàn)的真實(shí)樣子我在用的一臺(tái)典型150W多量程電源標(biāo)稱(chēng)量程是30V/5A、15V/10A、8V/15A。這三個(gè)組合看起來(lái)像是三個(gè)獨(dú)立的檔位實(shí)際上它們對(duì)應(yīng)的功率都是150W左右。你設(shè)定輸出12V/3A時(shí)它正常工作你改成5V/12A時(shí)它也在正常工作你不需要手動(dòng)切換什么檔位電源內(nèi)部會(huì)自動(dòng)調(diào)整工作點(diǎn)。這里的關(guān)鍵就是一條等功率包絡(luò)曲線(xiàn)。電源內(nèi)部的控制電路會(huì)根據(jù)設(shè)定的電壓值自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前允許的最大電流使得兩者的乘積不超過(guò)額定功率。你可以把這條曲線(xiàn)理解成一個(gè)“蹺蹺板”電壓抬高電流上限就降下來(lái)電壓降低電流上限就升上去。但無(wú)論如何乘積始終被限制在最大輸出功率附近。我剛開(kāi)始用的時(shí)候不太適應(yīng)這個(gè)邏輯總覺(jué)得是不是有損耗導(dǎo)致功率達(dá)不到標(biāo)稱(chēng)值。后來(lái)查了資料才明白多量程電源并沒(méi)有把功率“做大”而是把功率“重新分配”了。它把原先矩形工作區(qū)里被白白浪費(fèi)的角落利用了起來(lái)——傳統(tǒng)30V/5A電源在低壓區(qū)根本輸出不了大電流但多量程電源可以在低電壓區(qū)把電流推得更高。這個(gè)特性在做電池充電測(cè)試和車(chē)載電子實(shí)驗(yàn)時(shí)特別有用因?yàn)檫@些被測(cè)設(shè)備恰恰需要“低電壓大電流”的組合。1.3 選型時(shí)最容易踩的“低壓大電流”陷阱不過(guò)這里有個(gè)需要特別注意的邊界也是我當(dāng)初差點(diǎn)忽略的多量程電源并不是在所有低壓點(diǎn)都能輸出很高電流。還是拿上面那臺(tái)150W電源舉例。它的量程組合里標(biāo)注“8V/15A”意思是當(dāng)輸出電壓設(shè)定在8V時(shí)最大電流可以到15A。但如果你把電壓設(shè)定到2V呢這時(shí)候電流上限并不是簡(jiǎn)單按照150W除以2V來(lái)算的因?yàn)殡娫磧?nèi)部功率級(jí)和電流檢測(cè)電路的物理限制會(huì)設(shè)定一個(gè)絕對(duì)最大電流比如15A。所以在2V時(shí)這臺(tái)電源最多只能輸出15A對(duì)應(yīng)功率只有30W遠(yuǎn)達(dá)不到150W。很多第一次選型的人在這里踩坑看到一臺(tái)電源標(biāo)稱(chēng)“150W最大功率”就以為全電壓范圍內(nèi)都能拉到150W結(jié)果買(mǎi)回來(lái)發(fā)現(xiàn)低壓段輸出不了想要的大電流。我在選型時(shí)通常會(huì)重點(diǎn)看規(guī)格書(shū)里的“最大輸出功率 vs 輸出電壓”曲線(xiàn)確認(rèn)自己常用的電壓點(diǎn)是否處于功率包絡(luò)的高位。如果你經(jīng)常要在很低電壓下輸出大電流那可能需要選擇專(zhuān)門(mén)的低壓大電流電源或者提高整臺(tái)電源的功率等級(jí)而不是單看多量程這個(gè)賣(mài)點(diǎn)。選型時(shí)還有一個(gè)容易被忽略的點(diǎn)是量程切換之后輸出紋波和穩(wěn)定性是否會(huì)變化。多量程電源內(nèi)部通常有多個(gè)功率級(jí)電路當(dāng)工作點(diǎn)跨過(guò)某個(gè)量程邊界時(shí)電路會(huì)切換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。切換瞬間參數(shù)可能會(huì)有短暫變化高端一點(diǎn)的電源會(huì)做無(wú)縫切換但低端產(chǎn)品可能會(huì)在邊界附近出現(xiàn)輸出電壓波動(dòng)。所以如果你要測(cè)試對(duì)供電穩(wěn)定性非常敏感的精密模擬電路建議實(shí)測(cè)一下目標(biāo)電壓電流點(diǎn)附近的紋波表現(xiàn)而不是只看規(guī)格書(shū)上的典型值。2. 可編程電源的“可編程”到底能做什么2.1 從模擬旋鈕到數(shù)字核心老一輩實(shí)驗(yàn)室里的電源很多還是模擬控制方式一個(gè)粗調(diào)電位器、一個(gè)細(xì)調(diào)電位器再加一個(gè)電流限流旋鈕。你用萬(wàn)用表邊測(cè)邊擰費(fèi)半天勁才能把電壓調(diào)到目標(biāo)值附近而且溫度一變化輸出電壓還可能跟著漂?？删幊屉娫磸?960年代開(kāi)始逐步轉(zhuǎn)向數(shù)字控制到現(xiàn)在基本都走的是“MCU DAC ADC 功率級(jí)”的架構(gòu)。你通過(guò)面板按鍵或者遠(yuǎn)程命令設(shè)定一個(gè)目標(biāo)電壓MCU把這個(gè)數(shù)字值送給DACDAC輸出一個(gè)模擬參考電壓給誤差放大器再經(jīng)過(guò)功率管放大后輸出到負(fù)載。同時(shí)輸出端的采樣電阻把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓通過(guò)ADC回讀給MCUMCU再根據(jù)回讀結(jié)果做閉環(huán)修正確保輸出電壓和電流穩(wěn)定在設(shè)定值附近。這個(gè)過(guò)程聽(tīng)起來(lái)復(fù)雜但好處非常直接電壓電流設(shè)定值可以精確到毫伏和毫安級(jí)再也不用靠旋鈕一點(diǎn)點(diǎn)碰運(yùn)氣設(shè)定好的參數(shù)可以保存為預(yù)設(shè)下次開(kāi)機(jī)一鍵調(diào)用更重要的是它給自動(dòng)化測(cè)試提供了基礎(chǔ)——你可以通過(guò)編程接口隨時(shí)修改電源的輸出狀態(tài)而不需要人手去擰按鈕。2.2 序列輸出自動(dòng)化測(cè)試的靈魂可編程電源最吸引我的功能不是能精確輸出電壓電流而是它內(nèi)置的序列List/Sequence模式。這個(gè)功能本質(zhì)上是在電源內(nèi)部創(chuàng)建一張“電壓/電流/持續(xù)時(shí)間”的表格電源按照表格逐條執(zhí)行可以設(shè)置循環(huán)次數(shù)甚至可以在每條步驟里加入觸發(fā)條件。舉一個(gè)我做鋰電池充電測(cè)試的例子。以前我需要用一個(gè)上位機(jī)腳本實(shí)時(shí)讀取電池電壓動(dòng)態(tài)調(diào)整電源輸出才能模擬出恒流到恒壓的充電過(guò)程?，F(xiàn)在用多量程可編程電源的序列功能直接在電源里做兩步設(shè)置就能跑起來(lái)步驟輸出模式目標(biāo)值結(jié)束條件動(dòng)作1恒流1.5A電池端電壓到達(dá)4.2V跳轉(zhuǎn)到步驟22恒壓4.2V輸出電流低于0.1A關(guān)閉輸出如果電源本身支持“基于事件”的序列很多中高端型號(hào)都有電池電壓到達(dá)4.2V時(shí)會(huì)自動(dòng)切換成恒壓模式電流跌到截止閾值后自動(dòng)關(guān)斷輸出。整個(gè)過(guò)程不需要PC持續(xù)干預(yù)電源本身就是一個(gè)微型狀態(tài)機(jī)。就算序列功能只支持“按時(shí)間步進(jìn)”的簡(jiǎn)單模式你也可以通過(guò)在每條步驟里設(shè)置足夠的執(zhí)行時(shí)間、再配合上位機(jī)輪詢(xún)判斷終止條件來(lái)實(shí)現(xiàn)同樣的效果只是沒(méi)那么優(yōu)雅。2.3 三重保護(hù)OVP、OCP與OTP的細(xì)節(jié)差異可編程電源的保護(hù)功能往往比傳統(tǒng)電源豐富得多這也是我在給被測(cè)板子上電前最依賴(lài)的一層安全網(wǎng)。最常見(jiàn)的三個(gè)保護(hù)是OVP過(guò)壓保護(hù)、OCP過(guò)流保護(hù)和OTP過(guò)溫保護(hù)。OVP讓你設(shè)定一個(gè)“電壓上限”一旦輸出端電壓超過(guò)這個(gè)值電源立即關(guān)斷輸出。這個(gè)功能在測(cè)試電機(jī)、繼電器等感性負(fù)載時(shí)特別重要因?yàn)楦行载?fù)載在開(kāi)關(guān)瞬間會(huì)產(chǎn)生很高的反電動(dòng)勢(shì)如果沒(méi)有OVP反向尖峰可能直接打壞電源或者被測(cè)設(shè)備。OCP則是在輸出電流超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)動(dòng)作適合用來(lái)在調(diào)試板子時(shí)防止上電瞬間短路燒板。OTP是保護(hù)電源自身的內(nèi)部功率器件溫度過(guò)高時(shí)自動(dòng)降額或者停機(jī)。很多新手不理解為什么電源明明已經(jīng)設(shè)置了電壓和限流還要再單獨(dú)設(shè)置一遍OVP/OCP。我的理解是限流是電源輸出路徑上的軟保護(hù)它會(huì)限制電流但不能保證永遠(yuǎn)不超調(diào)比如負(fù)載短路瞬間可能產(chǎn)生很大的沖擊電流而OCP則是一個(gè)獨(dú)立的監(jiān)控回路一旦電流超過(guò)設(shè)定的硬閾值直接拉斷輸出不跟你商量。這相當(dāng)于給電源上了兩道保險(xiǎn)一道是“溫柔地限制”一道是“果斷地切斷”。值得一提的是OVP和OCP的觸發(fā)閾值不要設(shè)置得離工作點(diǎn)太近。比如你設(shè)定12V輸出OVP設(shè)成12.5V是合理的因?yàn)樵试S一點(diǎn)點(diǎn)紋波和負(fù)載瞬態(tài)但如果設(shè)成12.1V電源可能自己在正常工作狀態(tài)下就誤觸發(fā)了輸出頻繁中斷。保守的做法是留出10%到20%的余量。3. 規(guī)格書(shū)里決定體驗(yàn)的隱藏參數(shù)3.1 精度、分辨率與回讀你省不掉的萬(wàn)用表大多數(shù)可編程電源的廣告頁(yè)上都會(huì)標(biāo)注一個(gè)大大的“0.03% 2 mV”之類(lèi)的精度數(shù)字看起來(lái)很高大上但很多人沒(méi)仔細(xì)琢磨過(guò)這個(gè)“百分比 固定偏移”結(jié)構(gòu)到底意味著什么。以常見(jiàn)的“設(shè)定精度0.03% 2mV”為例它的意思是當(dāng)你設(shè)定電壓為10V時(shí)實(shí)際輸出可能在10V ± (10V × 0.03% 2mV) 10V ± 5mV 的范圍內(nèi)。其中0.03%是比例誤差來(lái)自于DAC參考電壓和功率級(jí)的增益誤差2mV是固定偏移來(lái)自于運(yùn)放的失調(diào)電壓和量化誤差。比例誤差會(huì)隨著設(shè)定值增大而變大固定偏移則是一塊恒定的誤差底座。這里有個(gè)容易誤區(qū)有人看規(guī)格書(shū)覺(jué)得輸出電壓精度是0.03%以為設(shè)定10V就真的能輸出9.997V到10.003V誤差只有3mV。實(shí)際上還要加上那2mV的底噪實(shí)際誤差是5mV。如果你在做精密測(cè)試需要精確到1mV以?xún)?nèi)光靠電源的“精度”是不夠的——你要么選更高精度的電源要么在測(cè)試回路里串聯(lián)一塊獨(dú)立的高精度萬(wàn)用表以萬(wàn)用表讀數(shù)作為“真值”?；刈x精度同樣重要?？删幊屉娫磧?nèi)置的ADC會(huì)實(shí)時(shí)測(cè)量輸出電壓和電流但要記得它的測(cè)量精度也是“百分比 固定值”的結(jié)構(gòu)。我見(jiàn)過(guò)不少同事以為電源面板上顯示的電流就是真實(shí)電流直接拿它當(dāng)測(cè)試數(shù)據(jù)用結(jié)果發(fā)現(xiàn)誤差比想象中高一個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)于需要精確電流數(shù)據(jù)的場(chǎng)景最好用外置電流采樣電阻和精密萬(wàn)用表做對(duì)比校準(zhǔn)而不是完全信賴(lài)電源自帶的回讀。3.2 紋波、噪聲和瞬態(tài)恢復(fù)時(shí)間紋波是多少毫伏RMS、峰峰值是多少這些參數(shù)直接決定了電源能不能用在敏感的模擬信號(hào)測(cè)試中。數(shù)字電源的輸出開(kāi)關(guān)噪聲和開(kāi)關(guān)紋波通常比線(xiàn)性電源大但現(xiàn)代可編程電源通過(guò)多級(jí)濾波和線(xiàn)性穩(wěn)壓級(jí)聯(lián)已經(jīng)把紋波壓到了很低水平。我拿一臺(tái)常見(jiàn)多量程電源舉例規(guī)格書(shū)上寫(xiě)著“紋波與噪聲2 mVrms / 20 mVpp”。這個(gè)數(shù)字意味著在正常情況下輸出端存在的交流噪聲幅度最多約20mV。如果你測(cè)試的是一個(gè)5V參考電壓芯片20mV的噪聲可能會(huì)直接淹沒(méi)在芯片的輸出紋波里導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果失真。所以做精密模擬電路測(cè)試時(shí)我會(huì)特意選一臺(tái)紋波更低的細(xì)小型號(hào)或者外接LC濾波器。另一個(gè)容易被忽視的參數(shù)是瞬態(tài)恢復(fù)時(shí)間。當(dāng)負(fù)載電流突然跳變時(shí)比如被測(cè)設(shè)備里的繼電器吸合、電機(jī)啟動(dòng)電源輸出電壓會(huì)瞬間跌落然后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間恢復(fù)到設(shè)定值。這個(gè)“恢復(fù)時(shí)間”通常以微秒到毫秒計(jì)。恢復(fù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致被測(cè)設(shè)備在負(fù)載突變時(shí)工作異常看起來(lái)像設(shè)備本身的問(wèn)題實(shí)際上是電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)不夠快。我吃過(guò)一次虧測(cè)試一個(gè)帶步進(jìn)電機(jī)的控制板時(shí)電機(jī)一啟動(dòng)單片機(jī)上電復(fù)位怎么排查都找不到原因。后來(lái)用示波器一看電源波形發(fā)現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)瞬間輸出端電壓跌落了將近1V持續(xù)了十幾毫秒才恢復(fù)直接把單片機(jī)壓到了欠壓復(fù)位閾值。換了一臺(tái)瞬態(tài)恢復(fù)時(shí)間更短的可編程電源之后問(wèn)題徹底消失。所以在選型時(shí)別忘了看規(guī)格書(shū)里的“負(fù)載瞬態(tài)恢復(fù)時(shí)間”這一行。3.3 遠(yuǎn)程檢測(cè)線(xiàn)損補(bǔ)償?shù)恼_打開(kāi)方式低電壓大電流場(chǎng)景里測(cè)試線(xiàn)纜上的壓降是個(gè)很討厭的問(wèn)題。假設(shè)你要給一塊板子供3.3V/10A的電源測(cè)試線(xiàn)一米長(zhǎng)線(xiàn)阻20毫歐那么線(xiàn)上壓降就有0.2V板子實(shí)際拿到的電壓只有3.1V可能已經(jīng)運(yùn)行在規(guī)格邊界之外了。多量程可編程電源通常都標(biāo)配四線(xiàn)制遠(yuǎn)程檢測(cè)Remote Sense功能。原理很簡(jiǎn)單除了兩根輸出功率線(xiàn)之外額外接兩根檢測(cè)線(xiàn)到負(fù)載端檢測(cè)線(xiàn)幾乎沒(méi)有電流流過(guò)所以檢測(cè)到的電壓就是負(fù)載端的真實(shí)電壓。電源內(nèi)部用這個(gè)檢測(cè)電壓做閉環(huán)控制自動(dòng)補(bǔ)償功率線(xiàn)上的壓降確保負(fù)載端電壓精確等于設(shè)定值。我一開(kāi)始用Remote Sense也沒(méi)當(dāng)回事直到有一次做5V/8A的測(cè)試發(fā)現(xiàn)輸出端顯示5.00V負(fù)載端實(shí)測(cè)卻只有4.82V。接上遠(yuǎn)程檢測(cè)線(xiàn)之后負(fù)載端電壓恢復(fù)到了4.99V左右這才真正體會(huì)到四線(xiàn)制的價(jià)值。不過(guò)使用Remote Sense有幾個(gè)細(xì)節(jié)必須注意檢測(cè)線(xiàn)必須接在負(fù)載的電源端子上而不是中間某段線(xiàn)上檢測(cè)線(xiàn)極性不能接反接反會(huì)導(dǎo)致控制回路變成正反饋輸出可能直接失控?fù)p壞負(fù)載檢測(cè)線(xiàn)本身要盡量短絞合起來(lái)減少干擾。如果你只是在小電流、短線(xiàn)纜場(chǎng)景下使用不接Remote Sense問(wèn)題不大但只要電流超過(guò)2A或者線(xiàn)纜長(zhǎng)度超過(guò)半米我建議都把它接上。4. 四類(lèi)常見(jiàn)測(cè)試場(chǎng)景的實(shí)測(cè)配置4.1 鋰電池充電測(cè)試先恒流后恒壓的序列化鋰電池充電曲線(xiàn)是典型的先恒流后恒壓。我用可編程電源模擬充電器給18650電池充電的時(shí)候會(huì)先在序列里定義兩個(gè)階段。第一階段是恒流模式電流設(shè)定為1.5A電壓上限設(shè)為4.2V電源會(huì)自動(dòng)以1.5A的電流給電池充電同時(shí)不斷檢測(cè)電池端電壓。當(dāng)電池電壓升到4.2V時(shí)第一階段結(jié)束。第二階段是恒壓模式電壓固定在4.2V電流上限設(shè)為1.5A此時(shí)充電電流會(huì)隨著電池逐漸充滿(mǎn)而緩慢下降當(dāng)電流降到0.1A以下時(shí)認(rèn)為電池已充滿(mǎn)電源關(guān)閉輸出。用可編程電源來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)流程比用專(zhuān)用充電芯片測(cè)試更靈活。你可以隨時(shí)修改恒流值、截止電壓和截止電流還可以在步驟之間插入一段靜置時(shí)間觀察電池的電壓回彈特性。對(duì)于多節(jié)電池串聯(lián)的電池包只需要把電壓上限相應(yīng)調(diào)高其他邏輯不變。要注意的是給電池充電時(shí)電源輸出端必須串聯(lián)保護(hù)電阻或者使用限流模式防止電池反接或者內(nèi)部異常導(dǎo)致大電流沖擊。很多可編程電源支持輸出極性檢測(cè)但對(duì)于自制測(cè)試夾具來(lái)說(shuō)最好在硬件層面加一個(gè)防反接二極管或者保險(xiǎn)絲雙保險(xiǎn)才安心。4.2 車(chē)載電子電壓跌落與波動(dòng)模擬車(chē)載電子設(shè)備測(cè)試?yán)镉幸豁?xiàng)是模擬發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間的電壓跌落。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電池電壓會(huì)從12V左右瞬間跌到9V甚至更低隨后又回到13.5V到14.5V的發(fā)電機(jī)電壓。這類(lèi)波形如果手工去調(diào)電源根本調(diào)不出那樣的動(dòng)態(tài)效果但用序列功能就很簡(jiǎn)單。我在序列里設(shè)置過(guò)這樣一組步驟步驟輸出電壓持續(xù)時(shí)間說(shuō)明113.2V2s模擬發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行29.0V50ms模擬啟動(dòng)瞬間電壓跌落311.5V100ms模擬電池電壓回升414.2V5s模擬發(fā)電機(jī)穩(wěn)定輸出電壓加上循環(huán)次數(shù)就可以持續(xù)對(duì)被測(cè)設(shè)備反復(fù)施加這種電壓波動(dòng)測(cè)試它的復(fù)位電路和電源管理策略是否健壯。這類(lèi)測(cè)試最鍛煉可編程電源的升降壓速度和過(guò)沖控制能力。我實(shí)測(cè)過(guò)幾臺(tái)電源有些在從13.2V跳變到9V時(shí)會(huì)在切換瞬間產(chǎn)生明顯的振鈴和過(guò)沖這在模擬真實(shí)汽車(chē)電氣環(huán)境時(shí)非常不真實(shí)甚至可能給被測(cè)設(shè)備帶來(lái)額外應(yīng)力。選型時(shí)如果有這方面測(cè)試需求最好用示波器實(shí)測(cè)一下電壓階躍響應(yīng)波形。4.3 LED和低功耗設(shè)備的恒流與功耗分析LED驅(qū)動(dòng)器測(cè)試經(jīng)常需要精確的恒流源。可編程電源在恒流模式CC mode下輸出穩(wěn)定的電流非常適合給LED模組供電。你可以直接把輸出電流設(shè)為350mA電壓上限設(shè)為40V電源會(huì)自動(dòng)調(diào)整輸出電壓以維持恒流同時(shí)限制最高電壓以防LED燈珠燒毀。另外低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的待機(jī)電流測(cè)試也是可編程電源的拿手好戲。很多傳感器節(jié)點(diǎn)待機(jī)電流只有幾微安到幾十毫安普通萬(wàn)用表根本測(cè)不準(zhǔn)而且設(shè)備在待機(jī)和活躍狀態(tài)之間的電流跳變幅度非常大達(dá)到幾個(gè)數(shù)量級(jí)。這時(shí)候電源的回讀精度和采樣率就非常重要了。部分高端可編程電源具備快速回讀能力可以通過(guò)上位機(jī)繪制出整條電流曲線(xiàn)幫助你分析設(shè)備在每一個(gè)工作狀態(tài)下的功耗分布。我測(cè)過(guò)一款超低功耗藍(lán)牙模塊待機(jī)電流標(biāo)稱(chēng)2微安工作峰值電流15毫安。用普通電源供應(yīng)時(shí)面板上顯示的電流數(shù)值根本看不出待機(jī)狀態(tài)的變化。后來(lái)我在電源輸出端串聯(lián)一個(gè)精密的1歐姆采樣電阻用示波器測(cè)電阻兩端電壓才完整抓到了電流跳變的時(shí)序圖。如果你的可編程電源支持電壓回讀和電流回讀的同步觸發(fā)配合示波器做這種分析會(huì)方便很多。4.4 產(chǎn)線(xiàn)老化測(cè)試的長(zhǎng)時(shí)程穩(wěn)定性產(chǎn)線(xiàn)老化測(cè)試要求電源連續(xù)幾小時(shí)甚至幾十天穩(wěn)定工作還要能記錄測(cè)試數(shù)據(jù)?？删幊屉娫丛谶@里的價(jià)值體現(xiàn)在兩個(gè)地方一是長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)電壓電流的穩(wěn)定性二是遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)記錄。我在做一批電源模塊老化測(cè)試時(shí)用序列功能讓被測(cè)設(shè)備循環(huán)跑“滿(mǎn)載30分鐘、輕載10分鐘”的負(fù)載曲線(xiàn)同時(shí)讓電源每隔一分鐘記錄一次輸出電壓和電流生成日志。第12小時(shí)左右日志里出現(xiàn)了幾次電壓微跌如果不用記錄功能這種間歇性異常幾乎不可能被肉眼發(fā)現(xiàn)。電源自帶的記錄功能和上位機(jī)軟件在這里比額外搭建一套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)省事得多。長(zhǎng)時(shí)間的滿(mǎn)載測(cè)試還會(huì)暴露散熱和風(fēng)扇的問(wèn)題?？删幊屉娫撮L(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)部風(fēng)扇的噪音和積灰問(wèn)題都不容忽視這個(gè)我在后面章節(jié)會(huì)細(xì)說(shuō)。5. 實(shí)操全流程從前面板到SCPI遠(yuǎn)程控制5.1 前面板上三分鐘完成一次安全輸出很多新手拿到可編程電源第一步就直接按OUTPUT鍵結(jié)果電壓電流燒了板子才發(fā)現(xiàn)沒(méi)設(shè)置限流。正確的上電順序應(yīng)該是先設(shè)置電壓和限流再開(kāi)輸出。我的標(biāo)準(zhǔn)流程是先按面板上的“電壓”鍵用數(shù)字鍵盤(pán)或者旋鈕輸入目標(biāo)電壓再按“限流”鍵設(shè)定一個(gè)比預(yù)期工作電流高20%左右的值然后根據(jù)被測(cè)設(shè)備特性設(shè)置OVP和OCP閾值最后檢查一下面板顯示的“設(shè)定值預(yù)覽”區(qū)域確認(rèn)無(wú)誤后再按OUTPUT。關(guān)機(jī)時(shí)則先關(guān)閉輸出再拔掉負(fù)載連線(xiàn)避免帶電插拔產(chǎn)生火花。有一類(lèi)電源支持“面板鎖定”功能可以防止誤觸按鍵更改參數(shù)。在長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試時(shí)我一般都會(huì)把面板鎖定避免有人路過(guò)時(shí)不小心碰到旋鈕把輸出電壓從12V擰到15V燒掉一整批待測(cè)板。這個(gè)習(xí)慣幫我避免過(guò)好幾次事故。5.2 用PyVISA寫(xiě)一個(gè)最小控制程序可編程電源最迷人的地方在于它可以通過(guò)USB、LAN或者GPIB接口被上位機(jī)控制。最常見(jiàn)的控制協(xié)議是SCPI命令配合Python的PyVISA庫(kù)可以寫(xiě)出非常簡(jiǎn)潔的自動(dòng)化腳本。import pyvisa rm pyvisa.ResourceManager() # 替換為你的電源實(shí)際資源地址 inst rm.open_resource(USB0::0x2A8D::0x1301::MY58001234::INSTR) inst.timeout 5000 # 復(fù)位電源到默認(rèn)狀態(tài) inst.write(*RST) # 設(shè)置輸出電壓為12V inst.write(:SOUR:VOLT 12.0) # 設(shè)置輸出限流為1A inst.write(:SOUR:CURR 1.0) # 開(kāi)啟輸出 inst.write(:OUTP ON) # 回讀實(shí)際輸出電壓 voltage inst.query(:MEAS:VOLT?) print(fMeasured voltage: {voltage}) # 關(guān)閉輸出 inst.write(:OUTP OFF) inst.close()這段代碼的邏輯非常直白復(fù)位、設(shè)置電壓和電流、開(kāi)輸出、回讀、關(guān)輸出。SCPI命令的語(yǔ)法在不同廠商之間有細(xì)微差異但核心命令框架基本一致學(xué)會(huì)一臺(tái)換別的牌子也就差個(gè)命令集文檔的距離。寫(xiě)遠(yuǎn)程控制程序時(shí)我有兩個(gè)建議。第一個(gè)是每次都先執(zhí)行*RST或者至少查詢(xún)一下當(dāng)前狀態(tài)確保程序不是在上一次意外狀態(tài)下啟動(dòng)第二個(gè)是回讀的數(shù)據(jù)是字符串解析成浮點(diǎn)數(shù)時(shí)記得剝離開(kāi)末尾的換行符和單位字符float(voltage.split()[0])這種寫(xiě)法雖然丑但非常實(shí)用。5.3 我每天開(kāi)機(jī)前必做的三個(gè)檢查用可編程電源一年多我逐漸形成了一套固定的開(kāi)機(jī)前檢查流程雖然簡(jiǎn)單但真的能避免很多低級(jí)事故。第一檢查限流值是否匹配當(dāng)前負(fù)載。很多人設(shè)置了電壓就忘設(shè)置限流默認(rèn)限流可能大到幾十安一旦負(fù)載短路瞬間就可能燒板。我每次換被測(cè)設(shè)備都會(huì)重新設(shè)置限流值。第二檢查輸出開(kāi)關(guān)狀態(tài)。如果上次關(guān)機(jī)時(shí)忘了關(guān)輸出這次一開(kāi)機(jī)電源就直接帶電壓輸出萬(wàn)一負(fù)載接的是高壓不敏感的器件可能造成意外上電。所以開(kāi)機(jī)第一件事是確認(rèn)OUTPUT指示燈熄滅。第三檢查遠(yuǎn)程檢測(cè)線(xiàn)是否接好。大電流場(chǎng)景下如果Remote Sense接觸不良電源可能會(huì)因?yàn)闄z測(cè)到錯(cuò)誤的電壓而調(diào)整輸出導(dǎo)致負(fù)載端電壓異常。我一般會(huì)開(kāi)機(jī)后先用萬(wàn)用表在負(fù)載端確認(rèn)一下實(shí)際電壓再開(kāi)始正式測(cè)試。這三個(gè)檢查聽(tīng)起來(lái)很基礎(chǔ)但大多數(shù)測(cè)試事故都是在這種基礎(chǔ)環(huán)節(jié)里出的問(wèn)題。細(xì)節(jié)決定成敗在實(shí)驗(yàn)室里尤其如此。6. 半年多使用中踩過(guò)的坑6.1 遠(yuǎn)程檢測(cè)線(xiàn)接反電壓讀數(shù)飄了有一次我設(shè)置電源輸出5V給一塊傳感器板供電接上Remote Sense后電源面板顯示5.00V但傳感器板怎么都不正常工作。用萬(wàn)用表一測(cè)負(fù)載端電壓竟然高達(dá)7V多差點(diǎn)燒板。排查了一陣才發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測(cè)線(xiàn)的正負(fù)接線(xiàn)端子接反了。電源檢測(cè)到的是“負(fù)反饋”還是“正反饋”怎么區(qū)分正常情況下Remote Sense檢測(cè)到負(fù)載端電壓低于設(shè)定值時(shí)電源會(huì)增加輸出功率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臃粗髾z測(cè)到的“負(fù)載電壓”其實(shí)是負(fù)的或者錯(cuò)位的電源誤以為負(fù)載電壓嚴(yán)重不足拼命提升輸出電壓直到達(dá)到內(nèi)部硬限制。這個(gè)坑的教訓(xùn)是接Remote Sense線(xiàn)之前一定要先看端子絲印標(biāo)識(shí)確定LINE和SENSE的對(duì)應(yīng)關(guān)系。另外接通之后最好先用萬(wàn)用表測(cè)一下負(fù)載端的實(shí)際電壓確認(rèn)沒(méi)有異常再讓設(shè)備正式運(yùn)行。Remote Sense用得好是神器用錯(cuò)了是炸彈。6.2 容性負(fù)載上電瞬間誤觸發(fā)OCP很多板子輸入端都并聯(lián)了大容量電解電容有的甚至幾百微法。這樣的大電容在上電瞬間會(huì)像短路一樣吃進(jìn)非常大的電流。如果電源的OCP閾值設(shè)置得比較接近正常工作電流上電瞬間就有可能誤觸發(fā)導(dǎo)致電源直接斷電。我第一次遇到這個(gè)情況時(shí)還以為板子有短路故障排查了半天才發(fā)現(xiàn)是電容充電電流造成的瞬間過(guò)流。可編程電源的OCP觸發(fā)速度非?？煊袝r(shí)候微秒級(jí)就反應(yīng)了反而導(dǎo)致正常的大電容充電過(guò)程被誤判為故障。解決辦法有兩種一是把OCP閾值調(diào)高留出足夠的電容充電余量二是先以較低的電壓軟啟動(dòng)比如先把電壓設(shè)定到目標(biāo)值的30%輸出等電容充到50%再逐步抬高電壓。很多可編程電源也內(nèi)置了“輸出斜坡”功能可以設(shè)定輸出電壓從0到目標(biāo)值的爬升時(shí)間用來(lái)限制電容充電的沖擊電流。6.3 并聯(lián)輸出求大電流不支持的后果有一段時(shí)間我需要給一個(gè)加熱模塊提供24V/40A的電源手頭的可編程電源單臺(tái)最大只有30A我圖省事直接兩臺(tái)并聯(lián)用結(jié)果兩臺(tái)電源之間產(chǎn)生了嚴(yán)重的均流問(wèn)題其中一臺(tái)過(guò)載頻繁報(bào)警另一臺(tái)則在低負(fù)載下工作溫度也不均衡。后來(lái)查資料才知道普通可編程電源的輸出端本質(zhì)上是一個(gè)低阻抗的電壓源兩臺(tái)并聯(lián)時(shí)輸出電壓稍微有零點(diǎn)幾伏的差異就會(huì)在兩者之間形成巨大的環(huán)流輕則效率低下重則燒毀輸出級(jí)。真正支持并聯(lián)擴(kuò)展的電源需要專(zhuān)門(mén)的“主從并聯(lián)”模式內(nèi)部有均流總線(xiàn)線(xiàn)纜把兩臺(tái)電源的電流分配同步起來(lái)。所以如果你有單臺(tái)電源電流不夠的場(chǎng)景不要去亂并聯(lián)先看看規(guī)格書(shū)里支不支持主從并聯(lián)功能。即便支持也要按說(shuō)明書(shū)要求接上均流線(xiàn)并在軟件里配置好主從關(guān)系。6.4 序列時(shí)基不準(zhǔn)的詭異問(wèn)題有次我設(shè)置了一個(gè)序列測(cè)試第一個(gè)步驟設(shè)置持續(xù)時(shí)間500毫秒第二個(gè)步驟50毫秒循環(huán)100次。印象中整個(gè)序列應(yīng)該跑550秒左右。結(jié)果我中途去倒了杯水回來(lái)發(fā)現(xiàn)序列已經(jīng)跑了將近20分鐘還沒(méi)結(jié)束明顯不對(duì)。我一開(kāi)始以為是電源的時(shí)基漂移后來(lái)仔細(xì)看了序列配置才發(fā)現(xiàn)我把“重復(fù)次數(shù)”設(shè)成了100次而不是“循環(huán)100次”里每個(gè)步驟各執(zhí)行100次。部分電源的序列執(zhí)行邏輯里“重復(fù)”是針對(duì)整個(gè)序列塊而言的另一些則是針對(duì)單個(gè)步驟。不同品牌和型號(hào)的序列定義方式差異很大不仔細(xì)看文檔真的會(huì)栽跟頭。從那以后我每設(shè)置一個(gè)稍微復(fù)雜一點(diǎn)的序列都會(huì)先在短循環(huán)次數(shù)下跑一遍拿秒表實(shí)測(cè)總耗時(shí)是否符合預(yù)期確認(rèn)無(wú)誤后再把循環(huán)次數(shù)改成實(shí)際需要的值。這個(gè)習(xí)慣讓我避免了很多因?yàn)樾蛄信渲缅e(cuò)誤導(dǎo)致的無(wú)效測(cè)試和浪費(fèi)時(shí)間。6.5 關(guān)于校準(zhǔn)周期和風(fēng)扇積灰這個(gè)可能算設(shè)備日常維護(hù)的范疇了但我覺(jué)得比很多技術(shù)問(wèn)題更重要?？删幊屉娫磧?nèi)部的DAC和ADC都受溫度影響時(shí)間長(zhǎng)了精度也會(huì)漂移。我用的這臺(tái)電源出廠精度標(biāo)稱(chēng)0.03%用了大半年后和一塊六位半的臺(tái)式萬(wàn)用表對(duì)比才發(fā)現(xiàn)輸出電壓偏差已經(jīng)接近0.05%雖然還在規(guī)格范圍內(nèi)但明顯不如剛出廠時(shí)準(zhǔn)了。所以如果你有精密測(cè)試需求建議以一年到一年半為周期做一次校準(zhǔn)。很多廠商提供送檢校準(zhǔn)服務(wù)也可以根據(jù)規(guī)格書(shū)自己用精密萬(wàn)用表做零點(diǎn)校準(zhǔn)和增益校準(zhǔn)。校準(zhǔn)時(shí)把電源預(yù)熱至少30分鐘讓內(nèi)部溫度穩(wěn)定下來(lái)再操作。風(fēng)扇積灰是另一個(gè)容易讓人忽視的問(wèn)題?？删幊屉娫撮L(zhǎng)期滿(mǎn)載測(cè)試時(shí)風(fēng)扇會(huì)吸入大量灰塵堵住出風(fēng)口導(dǎo)致散熱效率下降。我拆開(kāi)清理過(guò)一次發(fā)現(xiàn)散熱器片上已經(jīng)積了厚厚一層灰難怪那段時(shí)間電源溫度比平時(shí)高。定期用壓縮空氣清理電源內(nèi)部的風(fēng)道和散熱片能讓電源在長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷下保持穩(wěn)定輸出也能延長(zhǎng)風(fēng)扇壽命。最后分享一個(gè)小習(xí)慣我會(huì)在每一臺(tái)可編程電源的控制軟件里保存一份“當(dāng)前設(shè)備清單”記錄每臺(tái)設(shè)備常用的電壓電流配置、保護(hù)閾值和對(duì)應(yīng)的測(cè)試項(xiàng)目。下次接到類(lèi)似任務(wù)時(shí)導(dǎo)入預(yù)設(shè)就能直接開(kāi)測(cè)省去了每次重新設(shè)置的麻煩。這個(gè)習(xí)慣在設(shè)備多、測(cè)試任務(wù)雜的實(shí)驗(yàn)室里尤其好用。