进一步提升电源使用技巧的4种方法详解（图文并茂）

电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)是(shi)将其它形式的能转换成电(dian)(dian)(dian)能的装置。电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)自“磁生(sheng)电(dian)(dian)(dian)”原理，由水力、风力、海潮、水坝水压差、太(tai)阳能等可再(zai)生(sheng)能源(yuan)(yuan)，及烧煤炭、油渣等产生(sheng)电(dian)(dian)(dian)力来源(yuan)(yuan)。常见的电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)是(shi)干电(dian)(dian)(dian)池（直(zhi)流(liu)电(dian)(dian)(dian)）与(yu)家用(yong)的110V-220V 交流(liu)电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)。

当今的(de)(de)设(she)计对为其上电的(de)(de)系统提出了(le)更高(gao)的(de)(de)要求。您(nin)(nin)可能会(hui)发现，很多的(de)(de)设(she)计问题是由电源(yuan)系统引(yin)起的(de)(de)。为进(jin)一步(bu)提升您(nin)(nin)的(de)(de)电源(yuan)使用技能，本电子书在第一期(qi)的(de)(de)基础上又增加了(le)四(si)种技巧。

提升电源使用技巧（一）-为低功耗设备供电

很多设(she)(she)备(bei)都是为使(shi)用低电(dian)(dian)压、低电(dian)(dian)流而设(she)(she)计(ji)的。如(ru)果功率(lv)(lv)过(guo)高，这些低功率(lv)(lv)设(she)(she)备(bei)很容易受到损(sun)(sun)坏。避免电(dian)(dian)源(yuan)损(sun)(sun)坏的最佳方(fang)法是使(shi)用专为低功率(lv)(lv)应用而设(she)(she)计(ji)的电(dian)(dian)源(yuan)。

对于更(geng)高功(gong)率的电(dian)源，即便(bian)其最(zui)(zui)小(xiao)的 OCP(过(guo)(guo)(guo)流保(bao)护(hu))值也(ye)可(ke)能还是不够(gou)低。就以最(zui)(zui)受欢迎的 120 W 台式电(dian)源为(wei)例，它的 OCP 值最(zui)(zui)小(xiao)也(ye)是限制到 100 mA 或更(geng)高。低功(gong)率的设备(bei)更(geng)适(shi)合使(shi)用(yong)低功(gong)率的电(dian)源。例如，电(dian)流一旦超过(guo)(guo)(guo) 20 mA 就会损坏(huai) LED 阵列样品。此时需要电(dian)源能够(gou)通过(guo)(guo)(guo) CV/CC 跳变或 OCP 来限制电(dian)流，从而保(bao)护(hu)设备(bei)。

CV/CC 跳变可将电流(liu)(liu)保(bao)持在限定范围内，防(fang)止出现过(guo)流(liu)(liu)情况。消除了(le)过(guo)流(liu)(liu)情况，电源就(jiu)会回到(dao)正(zheng)常的(de)工作(zuo)状(zhuang)态。图1是把电流(liu)(liu)限制在 20 mA 以下的(de)一个简(jian)单示例。

图(tu)1：表征 CC 极限(xian)值小(xiao)于 20 mA 的小(xiao)型(xing) LED 阵列的电压和电流

OCP 是一(yi)种闭锁(suo)功(gong)能(neng)。一(yi)旦(dan)电流超(chao)过 20 mA，输(shu)出(chu)就会设为(wei) 0 伏并保持在零位。清除 OCP 即可重新启动(dong)输(shu)出(chu)。

输出(chu)功率(lv)较(jiao)低的(de)电(dian)源与输出(chu)功率(lv)较(jiao)高的(de)电(dian)源相比(bi),其(qi)噪(zao)声更低。那些用于(yu)测试(shi) LED 阵列的(de)电(dian)源,其(qi)输出(chu)噪(zao)声通常(chang)都小于(yu) 350 uVrms。

E36312A 三路输(shu)出电源在所(suo)有三路输(shu) 出上均有 20 mA 的量(liang)程，非(fei)常适(shi)于测量(liang)低电流。使用它的低量(liang)程测量(liang)小于 20 mA 的电流时，我们可以获得(de)更(geng)高(gao)的分(fen)辨率和精度。

提升电源使用技巧（二）-表征不断变动的功耗状态

许多设(she)备(bei)(bei)都被(bei)设(she)计为能够在不同(tong)的时(shi)间使用(yong)不同(tong)的功(gong)耗。某(mou)些设(she)备(bei)(bei)可在工(gong)作状态与睡眠状态之间切换功(gong)耗，从而延长电(dian)(dian)池(chi)的使用(yong)寿命。电(dian)(dian)池(chi)和(he)电(dian)(dian)容器都需要(yao)经常(chang)充 电(dian)(dian)。在过(guo)去，通常(chang)是用(yong)外部分析仪来记录电(dian)(dian)压和(he)电(dian)(dian)流(liu)随时(shi)间的变化。

为超(chao)级电容器充电

我们(men)可(ke)(ke)以(yi)使(shi)用台式电源来确定超级(ji)电容(rong)器(qi)的充电率。超级(ji)电容(rong)器(qi)可(ke)(ke)以(yi)储蓄大量电能，因而需要(yao)特(te)别小心(xin)，以(yi)免对其造成损坏。三个主要(yao)关(guan)注点(dian)包括(kuo)：

1、电(dian)压极性

2、限(xian)制充(chong)电率

3、防止(zhi)过压

超级电(dian)(dian)容(rong)器的工作电(dian)(dian)压(ya)通(tong)常设计为 2.7 V 或更低。通(tong)过将(jiang)多(duo)个超级电(dian)(dian)容(rong)器串联，我们(men)可以获得(de)更高的充电(dian)(dian)电(dian)(dian)压(ya)。但此时需要(yao)采取措(cuo)施来(lai)限(xian)制充电(dian)(dian)电(dian)(dian)流(liu)，因为超级电(dian)(dian)容(rong)器的串联电(dian)(dian)阻较低，无法自行限(xian)制充电(dian)(dian)电(dian)(dian)流(liu)。

我(wo)们可以(yi)(yi)对台式电(dian)(dian)源(yuan)最大(da)电(dian)(dian)压(ya)和恒(heng)流限制来(lai)进行配置。电(dian)(dian)源(yuan)将(jiang)会(hui)监测电(dian)(dian)压(ya)和电(dian)(dian)流情(qing)况(kuang)。对于(yu)测量结果随时间(jian)的变化，我(wo)们可以(yi)(yi)手动收集(ji)，也可以(yi)(yi)用计(ji)算(suan)机来(lai)收集(ji)。

简单的(de)程(cheng)序(xu)或(huo)应用软件(如(ru) BenchVue)可以帮(bang)助检索电源，以便搜集数(shu)据并绘制图(tu)形。某些新款台式电源配有图(tu)形用户界面，还可直接使用 USB 存储(chu)器(qi)进行记录。图(tu) 2 中的(de)示例是超级电容器(qi)在(zai)未达到(dao)2.7V的(de)电压极(ji)限(xian)之前，以5A的(de)最(zui)大(da)速率(lv)进行充电的(de)情况。

图2：E36312A 正在捕(bu)获(huo)一个 100 F 超级电容器(qi)的充电情况

当电容器达到 2.7V 以(yi)后，吸(xi)收的(de)电流将会越来越少。电容器完成(cheng)充(chong)电之后必(bi)须及时拔除电源(yuan)，以(yi)避免它向(xiang)电源(yuan)放电。USB 中的(de)数据可以(yi)导(dao)入 Excel 进行深入分析。

提升电源使用技巧（三）-了解瞬态响应

您(nin)注意过(guo)在启动空(kong)调以后屋里的灯光瞬(shun)间(jian)变暗(an)的情况(kuang)吗(ma)？这是因为空(kong)调吸收了(le)大量电流，致使供电电压下(xia)降，进而(er)导致了(le)灯光变暗(an)。一小段时间(jian)之后，电压还会恢复正(zheng)常(chang)。

直(zhi)流(liu)(liu)电(dian)(dian)(dian)源(yuan)上的(de)输(shu)出(chu)阻抗，也会(hui)造成类似(si)的(de)电(dian)(dian)(dian)压瞬变。对(dui)电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)的(de)需求突然(ran)增加时(shi)(shi)，电(dian)(dian)(dian)源(yuan)的(de)输(shu)出(chu)电(dian)(dian)(dian)压就会(hui)瞬间(jian)下降。同(tong)理，电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)的(de)下降会(hui)导致电(dian)(dian)(dian)源(yuan)电(dian)(dian)(dian)压突然(ran)升高。瞬态响应是(shi)(shi)电(dian)(dian)(dian)源(yuan)在(zai)负载的(de)巨(ju)大(da)(da)变化中恢(hui)复正常的(de)速度。例如，对(dui)于(yu) E36312A 来说，当电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)从 50% 变到 100% 时(shi)(shi)，其恢(hui)复到 15 mV 的(de)瞬态响应时(shi)(shi)间(jian)是(shi)(shi) 50 us。通道 1 的(de)最(zui)大(da)(da)电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)是(shi)(shi) 5 A，50% 就是(shi)(shi) 2.5 A。

“直流(liu)电(dian)流(liu)瞬态(tai)响应(ying)：瞬态(tai)响应(ying)是什(shen)么(me)？如何测量？为什(shen)么(me)它如此重要？”

图3：上方显示的(de)(de)是电(dian)(dian)(dian)流从 50% 升至(zhi) 100%，然(ran)后又返回 50% 所(suo)发(fa)生的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)流曲线变(bian)化。响应(ying)电(dian)(dian)(dian)压如下方所(suo)示，其中(zhong)包括小的(de)(de)瞬态变(bian)化。

图(tu)4：图(tu)中的输出电压显(xian)示了较小的电压瞬(shun)态(tai)变(bian)化。

图5a：在 E36312A 的(de)通道 1 上进行瞬态(tai)测(ce)量(liang)。在电流从满(man)负(fu)载减至一半以后(hou)，电压在 30 us内恢复(fu)至 15 mV，反之亦然(ran)。

图(tu)5b：峰值电压(ya)通常与(yu)负(fu)载特(te)性密切相关，因此不(bu)会被表征。切记(ji)，要用较(jiao)短的电线(xian)并且双绞，以便实现更(geng)快的瞬态(tai)响应。

提升电源使用技巧（四）-使用列表模式动态地改变输出

列(lie)表模(mo)式使电源可以像模(mo)数转换器(qi)(DAC)或(huo)低频波(bo)形发(fa)生(sheng)器(qi)一(yi)样工作。典型应用包括生(sheng)成脉(mai)冲序列(lie)、斜波(bo)和(he)阶(jie)梯(ti)波(bo)形。拥有(you)列(lie)表模(mo)式的(de)电源有(you)很多，其最大步进(jin)从100 到 512 步不等。

是德(de)科技(ji)的电源(yuan)产(chan)品(pin)拥有(you)多种触发(fa)选(xuan)择，可让多通(tong)道电源(yuan)或外部仪器(qi)利用列表模(mo)式(shi)保(bao)持同步。在列表模(mo)式(shi)中，通(tong)常(chang)每一(yi)步都会包(bao)括电压电平、电流限(xian)制和(he)输出触发(fa)。以下(xia)是一(yi)些其他选(xuan)择：

1、使用外部触发或通(tong)过(guo)按键来启动列表

2、根据时间或触发(fa)来推进每个点

3、输出(chu)一次列(lie)表，或(huo)者重(zhong)复(fu)它

4、为多(duo)路(lu)输出(chu)电源(yuan)的每(mei)路(lu)输出(chu)使(shi)用一个独特的列表

5、保(bao)持在最后一次的(de)电压进行输(shu)出，或在列表结束(shu)时(shi)返回到初(chu)始电压

例如，由于人眼能够感(gan)应到光线(xian)的非线(xian)性变(bian)化，因此我们可以使用列(lie)表模式让灯(deng)光以非线(xian)性的方式变(bian)暗(an)。沿(yan)着图6中的曲线(xian)改变(bian)灯(deng)泡电(dian)压，灯(deng)光会更加(jia)流畅地逐渐变(bian)暗(an)。生成输出电(dian)压的列(lie)表时，使用的就是这条(tiao)曲线(xian)上的各(ge)个点。

图6：沿(yan)着一条曲线改变(bian)灯泡电压可以制造出流畅的灯光秀

电源的性能指标

优质的电(dian)源一(yi)般具(ju)(ju)有(you)FCC、美国UL和(he)(he)中国长城(cheng)等多国认证(zheng)(zheng)标志。这些认证(zheng)(zheng)是认证(zheng)(zheng)机构根据行业(ye)(ye)内技术规范对电(dian)源制定(ding)的专业(ye)(ye)标准，包(bao)括生产流程、电(dian)磁干(gan)扰、安(an)全保护等，凡是符合一(yi)定(ding)指(zhi)标的产品在申报认证(zheng)(zheng)通过后，才(cai)能(neng)在包(bao)装(zhuang)和(he)(he)产品表面使用认证(zheng)(zheng)标志，具(ju)(ju)有(you)一(yi)定(ding)的权威性(xing)。

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