可编程电源的电路图是怎样的？图解分析

可通过通讯规约，设定“最大电流、最大电压、最大功率、实际电压”等等。可编程任意电源的主要指标是编程时间，编程精度，编程分辨率等等。

可编程电源的核心是将数字控制能力融入传统电源结构中，实现输出电压/电流的精确设置、调整和监控。其电路图本质上是基于传统开关电源或线性电源架构，但增加了数字控制器、数模转换(DAC)、模数转换(ADC)、通信接口等关键模块。下图展示了可编程电源的主要功能模块及其相互关系：

+-----------------+     +------------------------+     +---------------+
|                 |     |                        |     |               |
|  AC / DC输入     +-----> 功率变换主电路          +-----> 输出滤波       +-----> 输出端子
|                 |     | (AC/DC, DC/DC变换器)     |     |               |        (+, -)
+-----------------+     +------------------------+     +-------+-------+
                                                              ^ |
                                                              | |
                                                              | v
               +---------------+            +-------------+   |  +--------------+
               |               |            |             |<--+  |              |
               |  数字控制器    |<---------->| 通信接口      |<---->| 显示与操作    |
               | (MCU/DSP/FPGA) |   数字     | (USB, RS232, |     | (本地界面)   |
               |               |   通信     |  LAN, GPIB)  |     |              |
               +-------+-------+            +-------------+     +--------------+
                       | 控制信号 ^
                       |         | 反馈信号
                       v         |
+-----------------+  +----+------+-----+  +--------------+
|                 |  |                 |  |              |
| 基准电压        +---> DAC           |  | ADC (电压/电流)|<----+
| (高精度)         |  | (数模转换器)     |  |              |     |
+-----------------+  +--------+--------+  +--------------+     |
                              |                                |
                       调节信号 |                               |
                              v                                |
                 +------------------------+        采样电阻/电压分压
                 |   误差放大器 &         |<--------------------+
                 |   PWM/线性驱动        |
                 +------------------------+
                             |
                             v
                  +------------------------+
                  |  主功率开关/调整管      | -- (开关电源是MOS管/BJT + 变压器/电感)
                  | (BJT, MOSFET, IGBT)    | -- (线性电源是功率晶体管)
                  +------------------------+

图解分析

主功率变换电路:
- 核心： 这是电源的核心能量转换部分。根据类型可能是：
  - AC/DC电源： 通常包含整流桥、功率因数校正、DC/DC开关变换器（如反激、正激、LLC谐振等）、变压器、功率开关管(MOSFET)。
  - DC/DC电源： 输入为直流，通常使用Buck、Boost、Buck-Boost、隔离型变换器等拓扑结构。
  - 线性电源： 输入为整流后的直流，依靠大功率晶体管工作在线性区进行电压调整（效率较低）。
- 功能： 将输入功率（交流或直流）高效、稳定地转换成所需的直流电压。
数字控制器：
- 核心： 可编程电源的“大脑”，通常是高性能微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)或现场可编程门阵列(FPGA)。
- 功能：
  - 接收来自通信接口或本地操作界面的用户设定值（目标电压、电流、状态等）。
  - 通过DAC输出设定值对应的模拟电压基准。
  - 通过ADC实时读取输出滤波后的实际输出电压/电流（经过采样网络）。
  - 运行控制算法（通常是数字PID或状态空间补偿器），将设定值与反馈值比较，计算出需要施加给功率开关管的控制信号。
  - 提供保护逻辑（过压、过流、过温），发生故障时关闭输出。
  - 管理通信协议。
数模转换器：
- 核心： 高分辨率的DAC芯片（例如16位或更高）。
- 功能： 将数字控制器发出的数字设定值（代表目标输出电压或电流）转换成精确的模拟基准电压。
- 重要性： DAC的分辨率和精度直接决定了电源输出设定的精细度和准确度。
误差放大器 & 驱动电路:
- 核心： 该模块接收DAC输出的基准电压和ADC反馈回来的实际输出电压/电流的模拟信号。
- 功能：
  - 误差放大器： 比较基准电压和反馈电压，产生误差电压信号。
  - 驱动电路：
    - 开关电源： 误差电压信号送入脉宽调制器，控制PWM控制器/PWM信号的占空比。
    - 线性电源： 误差电压信号直接驱动功率调整管的基极/栅极。
  - 控制信号： 最终输出驱动主功率开关/调整管的波形。
模数转换器：
- 核心： 高分辨率、高精度的ADC芯片（通常为12位或更高）。
- 功能： 实时监测输出电压和输出电流（通过小阻值的精密电流采样电阻转换成的电压信号或通过分压电阻得到的电压信号）。
- 重要性：
  - 反馈： 提供闭环控制所需的精确反馈信号。
  - 保护： 为过压保护、过流保护提供检测手段。
  - 读数： 为上位机监控和本地显示提供实时数据。
通信接口：
- 核心： 实现与外部系统（如电脑、PLC、测试系统）通信的硬件接口和协议栈。
- 常见类型： USB (虚拟串口、SCPI等)， RS232/RS485， Ethernet (LAN)， GPIB (IEEE-488)。
- 功能： 接收编程指令（如VOLT 12.345; CURR 0.500），发送状态查询和测量值数据。
本地显示与操作界面：
- 核心： 通常包括数码管显示屏、LCD屏、LED指示灯、按键、编码器旋钮等。
- 功能： 允许用户在设备本机上设置参数（电压、电流）、查看状态、切换工作模式。
输出滤波与采样:
- 核心： 由电感、电容组成低通滤波器。包含电压分压电阻和精密电流采样电阻。
- 功能：
  - 滤波： 滤除功率变换电路输出的高频纹波，提供纯净的直流输出（尤其对开关电源至关重要）。
  - 采样： 将实际输出电压和电流转换为适合送入ADC测量的低电压信号。
基准电压源：
- 核心： 高精度、低温漂的基准电压芯片。
- 功能： 为DAC、ADC和其他关键的模拟比较电路提供稳定、精确的电压参考源。是整个电源精确性的基石。
保护电路：
- 核心： 硬件和软件层面的保护机制（图中未完全展开）。
- 功能： 防止过压（OVP）、过流（OCP）、过温（OTP）、短路（SCP）等故障损坏电源或负载。

总结与关键点

闭环控制： 这是一个复杂的数字模拟混合闭环控制系统。数字控制器给出数字设定，DAC转为模拟基准，与ADC采集的实际输出模拟量进行比较（由模拟误差放大器完成初步比较），控制器据此调整控制信号驱动功率级，最终稳定在设定值。ADC反馈是形成闭环的关键。
可编程性： 通过通信接口接收外部指令改变DAC的输入值，从而改变输出电压/电流设定值，或者查询ADC读取的实时输出。
精度来源：
- 高分辨率、低误差的DAC与ADC。
- 高精度、低温度系数的基准电压源。
- 低温度系数的电流采样电阻和电压分压电阻。
- 高性能、高带宽的控制算法。
功率密度与效率： 为了实现高功率密度和高效率，现代高性能可编程电源广泛采用高频开关变换技术（如LLC谐振变换器）。