另外四種提升電源供應器操作技能(Part II)

2024/06/09

當今的設計對供電系統有較高的要求。您或許已經發現，很多設計問題其實是電源系統造成的。本電子書補充《四種提升電源供應器操作技能》第一部分的資訊，文中提供四個額外的秘訣，以提升您的電源供應器操作技能。

秘訣 1 - 為低功率裝置供電

許多電子裝置被設計成需在較低電壓下運作；並降低電流。若施加太高的功率，這些低功率裝置很容易遭到破壞。避免功率損壞最好的方法是使用適用於低功率應用的電源供應器。

在高電壓上運作的電源供應器，其電流過載保護（OCP）的最小值可能不夠低。最受歡迎的 120 W 桌上型電源供應器將 OCP 限制在 100 mA 或更高。低電壓電源供應器較適合用於為低功率裝置供電。例如，高於 20 mA 的電流會損害 LED陣列。使用可透過 CV/CC 轉換或 OCP 來限制電流以保護裝置的電源供應器，非常合理且至關重要。

CV/CC 轉換透過將電流保持在限制值來避免電流過載情形。去除電流過載情形，電源供應器就可以恢復正常運作。圖 1 為將電流限制在 20 mA 以下的圖示。

OCP 是一種鎖態功能，一旦電流超過 20 mA，輸出設定就為 0 V 並保持為零。解除 OCP 後便可重新啟用輸出。具有低輸出功率的電源供應器，其雜訊通常比高輸出功率的電源供應器低。用來測試 LED 陣列的電源供應器，其輸出雜訊低於 350 uVrms。

Keysight E36312A 三路輸出電源供應器，在所有三個輸出上都具備 20 mA 的範圍用來量測低電流。使用其低範圍進行低於 20 mA 的量測，增加了額外的解析度和準確度。

秘訣 2 - 分析隨時間變化的耗電量

分析隨時間變化的耗電量
許多裝置被設計為隨時間變化使用不同的功率量（大小）。部份裝置透過在運作和休眠狀態之間進行切換來延長電池壽命。電池和電容器會隨時間變化充電。在過去，需要外部分析儀來記錄隨時間變化的電壓和電流。

為超級電容器充電
桌上型電源供應器可用來確定超級電容器的充電速率。超級電容器能夠保存大量的能量，因此應該注意避免對它們造成損害。有三個主要問題：
1. 電壓極性
2. 限制充電速率
3. 避免電壓過載
超級電容器通常設計在 2.7 V 或更低的電壓下運作。使用一系列的超級電容器可以獲得較高的充電電壓。充電電流必須限制，但超級電容器不會限制充電電流，因為它們具有低串聯電阻。

桌上型電源供應器可配置最大電壓和定電流限制。電源供應器將監視電壓和電流。這些量測值是隨著時間變化或透過電腦手動收集的。

簡單的程式或應用軟體（例如 BenchVue）可以用來查詢電源供應器以收集並繪製資料。部份新的桌上型電源供應器具備圖形操作介面且可直接連接 USB 隨身碟進行記錄。圖 2 的範例顯示了一個超級電容器在其最大充電速率為 5 A 時充電，直到達到其 2.7 V 的電壓限制值。

一旦電容器達到 2.7 V，電容器隨時間將消耗更少的電流。從電源供應器移除充電的電容器，以避免其放電到電源供應器。稍後將 USB 資料匯入 Excel 以進行進一步分析。

秘訣 3 - 瞭解暫態響應

暫態響應
您是否注意過開啟冷氣時房裡的燈會變暗？這是因為冷氣機會汲取大量電流，導致電壓下降而使燈光變暗。一會兒之後，電壓就會恢復。改變直流電源供應器的負載會產生類似的電壓暫態。當電流需求突然增加時，功率輸出電壓下降。同樣地，電流降低會導致電源供應器電壓短暫上升。暫態響應是電源供應器恢復到一顯著變化負載的速度。例如，當電流從 50% 改變為 100%，E36312A 的暫態響應時間為50 us，可在 15 mV 內恢復。通道 1 的最大電流為 5 A，50% 則為 2.5 A。

秘訣 4 - 使用條列模式動態變更輸出

條列模式允許電源供應器作為數位類比轉換器（DAC），或低頻函數產生器。典型的應用包括產生脈衝序列、斜波和階梯波形。提供條列模式的電源供應器在最大步進數方面有所不同；從 100 到 512。是德科技電源供應器具有多種觸發選項，允許多通道電源供應器或外部儀器以條列模式同步。條列中的每個步進通常包括電壓位準、電流限制和輸出觸發。下面列出的是其他選項：
• 透過外部觸發或使用按鍵啟動條列模式
• 根據時間或觸發推進每個點
• 單次或重複輸出清單
• 多輸出電源供應器的每個輸出都有各自的清單
• 可將輸出保持在最後一個電壓值，或回復到清單末端的初始電壓

例如，當我們的眼睛以非線性方式察覺光線變化，條列模式可用來讓非線性碼型中的燈光變暗。如圖 6 所示，藉由沿著曲線改變燈光電壓，燈光會均勻地變暗。沿著曲線分佈的點，可用於產生輸出電壓清單。您可直接在 Keysight E36312A 桌上型電源供應器的前面板上輸入清單，如圖 7 所示。在此範例中，您希望電源供應器作為電壓源運作，並選擇大於燈光所需的電流值。步進起始觸發（BOST）和步進結束觸發（EOST）可在步進的開始和結束時產生外部觸發。