透過 4 種方法培養電源供應器操作技能

2024/06/08

秘訣 1 - 了解定電壓（CV）和定電流（CC）

如何設定定電壓和定電流
對於電源供應器使用者而言，定電壓（CV）和定電流（CC）是一定要知道的兩個數值。以下列出一些基本原則，以協助您開始運作。
電源供應器的輸出可根據電壓設定、電流限制設定和負載電阻，在定電壓（CV）或定電流（CC）模式中運作。

• 如果負載電流偏低，而且汲入電流低於電流設定，則電源供應器將以 CV 模式運作。當電壓經過調節後，數值可保持恆定，此時電流取決於負載。
• 如果負載電流偏高，而且負載嘗試汲入比電流設定更大的電流，則電源供應器會將汲入電流限制於電流設定值，並以 CC 模式運作。電流經過調節後，電壓取決於負載。

多數電源供應器的設計都已針對 CV 運作進行最佳化。因此，電源供應器會先檢視電壓設定，並調整其他次要變數，以便程控電壓設定。理想的電源供應器，即使是在動態環境中也能維持定電壓，並可在需要時提供定電流。

秘訣 2 - 提高電壓或電流

連接多個電源供應器以達到更高電壓或更大電流

有時候，您需要的電壓或電流，比電源供應器能提供的大得多。透過以下的簡單步驟，您可連接兩部或多部電源供應器，以滿足需求。如需更高電壓，請串聯多個電源供應器輸出；如需更大電流，請並聯多個電源供應器輸出。單獨設定每個電源供應器的輸出，使得電壓或電流加總等於總期望值。

如需更高電壓，首先需將每路輸出設成負載可安全處理的最大電流極限值。然後，將總期望電壓，平均分配給每路電源供應器輸出。比方說，如果使用三路輸出，則將每路輸出設成總期望電壓的三分之一。

• 絕對不要超過任何輸出的浮動電壓額定值（輸出端子隔離值）
• 絕對不要讓電源供應器輸出反向電壓
• 只能連接具有相同電壓和電流額定值的串聯輸出

如需更大電流，則將總期望電流極限值，平均分配給每個電源供應器。
• 其中一路輸出必須以定電壓（CV）模式運作，另一路輸出必須以定電流（CC）模式運作。
• 輸出負載必須汲入足夠的電流，以便以 CC 模式處理定電流輸出。
• 僅並聯具有相同額定電壓和電流的輸出

將 CC 輸出的電壓，設定為比 CV 輸出電壓略高的數值。各個 CC 輸出端的實際電壓由負載決定（參考秘訣 1）。在並聯配置中，CV 輸出決定了負載和各個 CC輸出端的電壓（參見圖 3）。CV 電源供應器只會提供足夠的電流來滿足總負載需求。

秘訣 3 - 處理非預期的溫度效應

計算並套用溫度係數
不僅是待測裝置會隨溫度變化，量測時使用的儀器也會如此。我們曾在寒冷的冬日，於室溫下測試鋰電池，發現隨著時間流逝，電池電壓逐漸上升，而不是如我們預期地下降。

在室溫下增加的電池電壓，會在夜間減少，這種效應比白天電池自放電造成的預期電壓下降更強烈。由於對電池供電的電源供應器也會隨溫度變化，您可能需要套用溫度係數，以便對低至微伏特（mV）的輸出電壓，進行適當的特性分析。

下面的範例使用 Keysight N6761A 精密型模組的低電壓範圍特性。N6761A 的規格表顯示，經過 30 分鐘暖機，於 23°C±5°C 溫度下的有效溫度範圍。
如需套用溫度係數，您必須將其視為誤差項。假設操作溫度是 33°C（或是較 23°校驗溫度高出 10°C），而且電壓輸出為 5.0000 V。

電壓程控溫度係數 = 每 °C ±(40 ppm + 70 μV)。

1. 校驗溫度後，如欲修正 10°C 溫差，您必須考慮操作溫度和電壓範圍規格的差異。低電壓範圍規格在 23°C ±5°C 或最高 28°C 溫度下有效。針對操作溫度（33°C）和低電壓範圍規格（28°C）的差異（5°C），您需套用溫度係數：
±(40 ppm(5 V) + 70 μV) (5 °C.) = 40ppm(5 V)( 5 °C.) + 70 uV (5 °C.)=1.35 mV

2. 溫度引起的誤差必須加入 N6761A 規格表所列的低電壓範圍程控誤差：±(0.016% (5 V) + 1.5 mV) = 2.3 mV

3. 因此，程控加上溫度的總誤差為：±(1.35 mV + 2.3 mV) = ±3.65 mV

這表示，如果試圖在 33°C 的室溫下將電壓設定為 5.0000 V，輸出電壓將落在4.99635 V 與 5.00365 V 之間。由於這個誤差當中有 1.35 mV 是因溫度所引起，當溫度有所變動，這個誤差也會隨之改變，而且電源供應器的輸出將會漂移。利用電源供應器的溫度係數，您可計算隨溫度變化而發生的量測漂移值。

秘訣 4 - 處理對雜訊敏感的待測物

大幅降低雜訊的兩個方法

如果您的待測裝置（DUT）對雜訊極為敏感，那麼您需竭盡所能地減少直流電源的輸入雜訊。最簡單的方法就是使用低雜訊電源供應器。但是，如果您沒有低雜訊電源供應器，您可以透過以下幾點來處理。

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您的電源供應器和 DUT 之間的連接，可能很容易受到電感或電容耦合所引起之雜訊的干擾。很多方法都可降低雜訊，但最有效的一種方法是使用遮蔽式雙絞纜線進行負載和感測連接。請僅只將屏蔽纜線的一端接地，如圖 4 所示。切勿將屏蔽纜線兩端接地，因為這樣會形成接地迴路。圖 5 顯示電源供應器接地和待測物接地之間的電位差，使得接地迴路電流開始增加。接地迴路電流會在纜線中產生電壓，因而形成會干擾 DUT 的雜訊。

平衡輸出對地面阻抗
當共模電流從電源供應器內部流到地面並且在對地阻抗上產生電壓，包括纜線阻抗，於是產生了共模雜訊。平衡電源供應器正負輸出端的對地阻抗有助於減少共模電流所產生的雜訊。此外，您還需要平衡 DUT 正負輸入端的對地阻抗。將共模抑制器與輸出導線串聯，並且在每條導線上使用對地的分流電流器，以便完成這項任務。

評估電源供應器時應考慮的幾個要點?
無論您是需要基本的電源供應器，或是符合特定應用要求的精密功能，都可參閱此選購指南，順利找到符合需求的電源供應器。選擇功率過大的電源供應器可能會帶來很多麻煩。最常見的問題是輸出雜訊增加、無法設定電流極限值，以及儀錶準確度欠差。

多少功率才合適？
預先評估裝置的電壓、電流和功率，並選擇稍微超過裝置限制的電源供應器，以便有充足電源來處理裝置通電時常見的暫態或突波電流。如欲設計低功率裝置，請使用低範圍的電源供應器，以便準確量測汲入電流。

需要哪些內建特性？
新款的高效能型電源供應器提供極便利的內建功能，您無需額外使用示波器、萬用電錶或另一個電源供應器。例如，有些電源供應器提供內建萬用電錶的準確度，或是可擷取功率暫態的資料記錄器，甚至還可自動串聯，以涵蓋過去需要多部電源供應器才能獲得的電壓電流組合。專用電源供應器可能包括一些更精密的功能，例如動態電流特性分析，或供應並同步電流的能力。

外觀形式？
桌上型電源供應器的體積應該更小巧，但是配備大尺寸的明亮顯示幕和前面板連接器。系統級電源供應器的設計宗旨是盡量減少機架空間，因它們的深度更長而且風扇吵雜，不適合在桌面上使用。

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