电源和电子负载基础

电源和电子负载基础Content•直流电源•理解直流电源基本指标•直流电源重要特性以及在测试中的应用•如何选择直流电源•安捷伦公司的电源产品系列•最新电源产品N6700介绍•电子负载•电子负载•安捷伦公司的电子负载产品系列及应用•交流电源直流电源YOU电源PartA直流电源基本指标•编程分辨率:可设置的V或I的最小步进•编程精度:设置的V或I与实际值的差别•回读精度:电源本身测量的V或I与实际值的差别•源调整率:当交流源电压发生变化时,电源输出V或I的变化•负载调整率:当负载改变时,电源输出V或I的变化AcLineDCLinePowerSupplyDUTVoltageCurrentPartB直流电源的特性一、工作范围二、输出噪声三、远端感应四、瞬态响应五、快速上编程/快速下编程六、产能七、模拟编程一、直流电源的工作范围—输出特性•按照输出特性分为三种：1.矩型电源2.双矩型电源–工作区域有所扩大IV矩型电源VI双矩型电源3.自动量程电源BA1A5A50V10VAutorangingPowerCurve•在电压和电流的输出范围内可以获得最大的功率输出能力•一个电源可以取代多个电源•应用•DUT工作在非常宽的电压范围内高电压/低电流,低电压/高电流•在自动测试系统中,用于测试多种不同的在自动测试系统中,通常选用的电源需要有一定的余量,因为在通常情况下很难预料到将来可能出现的各种测试要求一、直流电源的工作范围—输出特性二、输出噪声（1）•什么是输出噪声•在直流电源的输出中夹杂的交流成分,从而使输出偏离了我们所希望的电压和电流•通常将该交流成分定义在一个特定的带宽范围内(20Hz–20MHz)•表征为常模（差模）噪声或共模噪声•为什么很重要?•会直接影响到DUT电流消耗的精度,或造成DUT其他参数测量的错误•可能会引起电路工作的故障,如在数字电路中会产生毛刺二、输出噪声（2）：周期性的随机偏差噪声的峰-峰值:最高幅度和最低幅度之间的差基于噪声包含能量的有效值或平均有效幅度二、输出噪声（3）：常模噪声和共模噪声常模(差模)噪声:在+/-两端测试的结果共模噪声:在+端和-端对地测量的结果二、输出噪声（4）：共模电流•对于所有的电源•共模电流会从每个输出端流入接地端•如果DUT是浮地的,同时从每个输出端到地的阻抗是相同的,共模电流的净影响将会是0.但这种情况是极少发生的•很多开关电源会产生很大的共模电流•共模电流会流经负载阻抗,看上去等同一个附加的常模输出噪声在一些典型的应用中,使用开关电源将使测量很难正常进行二、输出噪声（4）：共模电流•在DUT的输入端增加一个滤波电容不是减少共模电流的有效方法•平衡每个输出端与地之间的阻抗,并且仔细连接DUT和电源,可以最大程度地减小问题•最好的方法是选择具备非常低的共模电流指标的电源产品•仔细检查相关的技术参数,特别是最大共模电流的指标•绝大多数安捷伦的电源产品的共模电流均小于20mA二、输出噪声（5）：RFI噪声源•很多意想不到的因素都会产生噪声问题•开关和直流连线,电源以及它们的连接线能产生传导和辐射噪声源•特别注意连接方式,这可以最大程度的减少这些问题BothNormalMode&CommonMode•部分解决方案•安捷伦的电源产品有内部电流修正,能降低高速开关瞬态和控制共模电流二、输出噪声（5）：RFI噪声源二、输出噪声（6）：消除噪声源•从选用一台低噪声的电源开始•这要比加入一个滤波电路去处噪声的方法简单得多•特别注意连接方式以避免在连接线中的感应电压•电源与DUT之间的连接线使用双绞线并加以屏蔽•注意AC供电的布线,尽量与电源和DC布线离开一定的距离•要考虑接地连接,使用单端接地三、DC电源的远端感应特性（1）•什么是远端感应?•连接负载和电源输出的方法,可以对电源的调整和编程精度产生影响•远端感应在DUT端直接监测输出电压,而不是在电源输出端•为什么很重要?•很长的导线以及在系统连接上的继电器和开关等均有明显的电阻存在,电压的调整也会使输出的电压降低•在一些测试中,引线的电阻引起的过多的电压降,能使DUT出现故障,甚至回导致系统关机三、远端感应（2）：本地感应在通常情况下,我们使用台式电源的时候,电源的本地感应线是短路连接的三、远端感应（3）利用远端感应DUT输入端的电压(而不是输出端口的电压),以调整输出端的电压,保证DUT输入端的电压精确达到设定值三、远端感应（4）：应用•正确连接远端传感•正确连接感应线(+Sto+;-Sto-)•检查在电源背板上的转换开关,将其设定在开关“Remote”•注意,大多数在前面板输出的电源没有远端感应能力•如果输出端与DUT之间通过继电器或开关连接,负载线和感应线应该分开连接•利用大线径的导线尽量降低线上的电压降三、远端感应（5）：电压降的影响•在导线上的最大允许电压降•在电源数据指标中检查相关数据,可以看到每台电源允许的最大电压降,这就是远端感应可以进行电压调整的最大值•超出了最大电压降,将回引起调整能力的下降•一些安捷伦电源的共同特性三、远端感应（6）最好的方法:最大程度上降低连接阻抗•最大降低连接阻抗的四步•利用大的线径的双绞线•减少电源和DUT之间的距离•减少继电器/连接器的使用•.减少与继电器/连接器的接触电阻,要考虑长期工作后系统阻抗的变化•对于动态的负载要考虑瞬态响应的问题•在系统中加入适当的旁路电容•考虑使用瞬态响应更快的电源四、瞬态响应•什么是瞬态响应?•当负载的电流发生瞬间的变化时,电源对此变化的快速响应的能力•表征为纯电阻条件小的恒压模式•典型表征为电流变化50%时的电压恢复时间•对测试的影响•能够影响DUT工作电流的测量精度,或使其它指标测量的错误•对时间相关的测量产生消极影响•人为降低DUT对瞬间工作电流的需求四、瞬态响应（2）一个理想的电池ΔV=I(L)xR(int)四、瞬态响应（3）实际电源的响应•一个实际的电源的瞬态响应四、瞬态响应（4）瞬态响应的相关指标瞬态电压跌落瞬态电压过冲50mV电源负载调整率100μs电源电压典型指标:负载变化50%时,电压在小于100μs将电压恢复到设定值的50mV范围之内瞬态电压过冲通常不被表怔,由于该参数很大程度上取决与负载.在负载,电源及导线共同影响下,过冲电压可能会达到1-4V四、瞬态响应（5）负载在大动态范围内快速变化•如果负载的工作电流波型为突波的形状,电源一旦没有足够的响应速度,就有可能无法在DUT端维持编程设定的电压•电源电压的瞬态响应会引起测量的问题,也回引起一些DUT测量的自动关机•例如,在数字蜂窝电话的通话模式的测量过程中4.1V3.6V3.0V四、瞬态响应（6）通常的应对措施:加入一个大电容•这种方法会有帮助,但也会造成一些负面的影响,因此不时理想的方法-Vsource-Vload+Vload+Vsource-Sense+SenseRwiringRwiringPowerSupplyDeviceUnderTestIloadC•使自动测试系统的速度下降•降低电流的测量精度•占用测试夹具的内部空间四、瞬态响应（7）快速响应电源的特性结果:使用具备快速响应能力的电源,可以在不加入电容的情况下也能够满足瞬态压降的需求3.6V4.1V5.9V3.0V五、快速上编程和快速下编程•什么是快速上下编程?•快速上编程:表征电源能够迅速将电压上升到设定值的能力•快速下编程:表征电源能够迅速将电压下降到设定值的能力•通常表示为电流或电压状态转换所需要的时间•对测试的影响•被测电路的正常启动和关闭•整个自动测试系统中的测试速度五、快速上编程和快速下编程－－上编程•对需要多路供电的系统,上电时间和顺序回影响到系统的正常启动.•具有快速上编程的电源能够更快地建立起稳定的设定电压~~~~VACPS_ON#O/PsPWR_OKT5T1T2T3T4T6•输出电压能够迅速从一个高位降到低位•电源可以提供一个阱电流来加速DUT的“放电”•阱电流特性可以在充电器的测试中仿真一个电池的充电饱和状态PowerSupplyDUT+-IrevVI五、快速上编程和快速下编程－－下编程六、产能•什么是产能?•生成线能每小时能完成的测试量;是评估生产效率的标准•可能包括很多与电源不相关的因素•可能会包括:测试,校准和产品返修•对测试的影响•测试的产量通常比测试系统费用的本身更为重要•测试速度和质量/精度往往是矛盾的•会对最终产品的价格产生一些影响•会明显影响将来服务和支持的成本六、产能被测件通常需要考虑•需要测试的产品的量•所需的电源/负载的数量•电源之间或与地之间绝缘的要求•能容忍的遗漏率•对不同测试,电压/电流的大小•在测量过程中是否需要设置多个电压?•对电压精度的要求•会直接增加设置时间•是否需要过压保护?•是否要求测量电压和电流?六、产能在选择电源时需要考虑因素•电源响应速度•指令处理时间:t0-t1•电压上升时间:t1–t2•电压建立稳定时间:t2-t3•快速下编程能力可以降低电压回到V0的时间•选用适当功率的电源通常有更快的动态速度六、产能关于动态速度•电源随着功率的增大速度会变慢•线性电源的动态速度通常比开关电源更快•不同的电源对指令的处理时间会有很大的差距•在表征动态特性时,通常假定电源接有一个负载•电压的变化速度很大程度上取决与复杂的特性•到被测件的引线长度会降低动态特性七、电源的模拟编程•应用•“实时”的功率放大器PartC选择电源应遵循的流程•当您需要选用一台电源的时候•首先需要考虑您的项目对直流电源的需求•如何选择电源•功率的需求•性能指标的需求•保护特性•封装密度•价格•重要的是,电源和电源之间的差距是非常大的Step1是选择线性电源还是开关电源•线性电源•尺寸大•低输出噪声•更快的响应速度•功率较小(6KW)•单位输出功率价格较高•开关电源•输出噪声会比较高•响应速度比较慢•价格/功率较低•功率大Step2选择合适的电源功率•首先,我对电源尺寸和功率的要求•需要的功率•需要更多的富余量吗?是选择合适的功率还是加上一些余量•不要选用过多的剩余功率,因为会牺牲其他的性能•是纯阻性的,还是感性的或容性的?•负载的特性会影响电压编程的响应时间•AC输入的要求•115/230V单相还是3相?需要多大的电流?Step3选择合适的电源特性•对特定的DUT,电源的什么特性对测试是重要的?•只需要简单的特性吗?•是否考虑过通常被忽略或误解的特性•要考虑更多的可提供的相关材料•关键的决定•仅仅需要一个基础的电源还是一个高性能的直流电源?Step4电源的保护特性•在应用中,需要什么样的针对DUT的保护特性?•过压保护(OVP);触发一个中断?•过流保护(OCP);自动关机?•过温保护;周围的环境温度会是多少•如果DUT发生故障•需要立即关闭多个输出吗?•打开从电源连接到DUT的继电器?•是否需要将前面板控制锁死?Step5电源尺寸与封装•我需要:•矩型电源,双矩型电源还是自动量程电源?•单路输出还是多路输出?•需要一定的灵活性吗?•如果我的测试要求改变了,我是否需要增加一台电源?在我的机架内要剩余多大的空间?•需要几U的高度?•高功率或更多特性的电源通常需要更多的空间,更大的AC功率,更多的冷却能力Step6价格:电源之间的价格会有很大的差距•“一分钱一分货“,这样形容电源的价格差异是最恰当不过的•用多一点的钱购买一些高的性能,在很多情况下是有必要的•适应多种不同的DUT的能力•将来测试的要求•提供生产的产量和质量•确保选用电源的关键特性能够满足测试的需要•购买价格不仅仅是电源本身的•要考虑在测试系统中的全部成本Summary当您选用电源的时候,要考虑:•负载调整率:当负载改变时,电源输出V或I的变化•源调整率:当交流源电压发生变化时,电源输出V或I的变化•编程分辨率:可设置的V或I的最小步进•编程精度:设置的V或I与实际值的差别•回读精度:电源本身测量的V或I与实际值的差别同时,还要注意•输出噪声•远端感应•瞬态响应•快速上编程/快速下编程•产能PartD安捷伦公司的直流电源系列一、经济型台式直流