电源供应器：基本概念与特性

电源供应器，与其适配的产品一致，已经在个人电脑接口、模拟电池和太阳能电池等电源，以及在执行测试序列等方面取得了显著的进步。现代电源供应器已经发展成一种复杂的设备。

 

 

现代电源测试设备已经超越了仅仅提供直流输出的功能。电源供应器已经演变成能够与个人电脑接口，模拟各种电源，执行各种测试序列的设备。这类设备的功率范围可以从30瓦到60千瓦，电压可高达2000伏，电流可高达1000安培。因此，电源供应器已经成为一种高度复杂的设备。

 

直流电源供应器概述

一个直流电源供应器主要包含几个基本的电路模块。变压器将电路的其余部分与交流电路电气隔离，并根据电源所需的最大直流输出电压，对来自交流电路的电压进行升高或降低。整流器模块将变压器的交流电压转换为单向交流电压。然后，滤波器模块将单向交流转换为带有纹波效应的不完美直流电压。稳压器调整输出电压到所需的水平，并进一步进行滤波，以便输出是恒定的直流电压。

输出误差

直流电源供应器的输出并不总是能精确地提供用户设定的电压。制造商会基于组件的公差来定义直流输出的准确性。制造商还可能指定一个温度系数来补偿输出误差。直流输出低于预设值的另一个原因是，在高电流负载下，内部电阻的电压降低了。制造商将此效应定义为负载调节，它是满量程电压的百分比误差。为了全面确定直流电源供应器的输出准确性，需要将负载调节误差加到输出精度上。

 

该直流电源的输出还将具有噪声。所有电子组件中都存在与电子运动和与原子碰撞相关的固有噪声。在交流线路的条件下，电磁干扰(EMI)和接地线上的漂移电流也会在电源输出中诱导噪声。无论设计多么出色，直流电源的输出都会有噪声。

 

电源供应器的拓扑结构

电源的拓扑结构有两种类型：线性和开关模式设计。线性设计中，电源在电路中连续流动。这种设计的优势在于噪声低和设计简单，但效率较低，线性电源供应器的效率通常低于60%。开关模式电源的效率可以达到90%左右，但设计复杂度较高，输出噪声也更大。由于用作开关的晶体管在千赫范围内周期性地开启和关闭电源，因此噪声更高。开关模式电源的优点还包括使用较小且较轻的变压器，与相同功率的线性电源相比。尽管两种拓扑对于低功率电源都适用，但在设计500瓦以上功率的电源时，几乎总是使用开关模式电源。

直流电源供应器的分类

大多数电源供应器是在第一象限（正V和I）运行的单极设备。双极输出电源供应器在第一和第四象限运行。输出电压可以是正的或负的，而电流始终是正的。第三种类型的电源可以在第一和第二象限运行。这种类型的供应器被称为双向电源。在第一象限，供应器是一个直流电压源。在第二象限，供应器吸收电流并作为电子负载运行。因此，一个双向电源供应器结合了两种设备的性能：直流电源和直流电子负载。

控制直流输出

除了过滤输出以提供无纹波的直流输出外，稳压器还保持输出电压在设定水平上。我们可以将稳压器电路模型视为反馈放大器。输出电压检测电路监测输出电压，并将其反馈到误差/功率放大器上。误差/功率放大器会根据电压差异的极性，提高或降低其输出。

 

在小负载电流下，监测直流电源输出端的电压就足够了。在小负载电流下，导线上的电压降很小。然而，在大负载电流下，导线上的电压降可能相当大，且应用在负载上的电压低于设定的输出电压。

如果设计有4线连接的供应器，供应器会校正负载处的低电压，其中两根线向负载供电，另外两根线感应负载电压。输出电压检测电路具有高输入阻抗，因此几乎不吸收电流。由于感应导线上几乎没有电压降，电压感应电路可以测量负载处的实际电压，并将该电压反馈给电源的误差/功率放大器。放大器提高其输出电压，以补偿源导线中的电压降。这个特性被称为远程感应，确保负载处的输出是所期望的电压。使用4线连接可以确保负载处电压的更高准确性。

 

输出特性选项

电源供应器可以通过不同的方法向负载传递能量。典型的电源供应器将具有矩形的I-V输出特性。电源输出可以在矩形内的任意电压和电流值组合。另一种传递方式被称为自动范围选择。具有自动范围选择I-V输出特性的直流电源结合了矩形输出和双曲线输出。自动范围选择特性能够为比较大的负载电流范围（有时还包括更宽的电压范围）提供能源，而矩形输出只能在其最大电压和电流下提供全功率。

直流电源供应器目前已经是所有电子产品设计和测试的必要工具。电子产品的广泛变化也推动了各种类型和特性的电源供应器的广泛应用。