隨著可調(diào)整型電源技術(shù)的進步，需要用更為復雜的電子設備進行設計驗證和測試產(chǎn)品的功能。不同的電源體系結(jié)構(gòu)和輸出也需要有適應更寬范圍技術(shù)指標的通用測試儀器。這樣，加載被測電源的方法成為一項越來越重要的測試要求。由于測試的復雜性，例如需要計算機的編程能力，使得對負載的控制有了更迫切的需要，這也增加了對電子負載這類儀器的要求。本文介紹了最常用的電源體系結(jié)構(gòu)或拓撲，以說明對電子負載和電源測試設備更高性能和通用性的需要。

一、電源拓撲

在所有可能的電源拓撲中，線性調(diào)整或開關(guān)調(diào)整技術(shù)是最常使用的設計實現(xiàn)。線性電源由于具有高性能，低PARD（紋波和噪聲），優(yōu)良的電源調(diào)整率和負載調(diào)整率及瞬態(tài)響應指標，而常用于研發(fā)環(huán)境和生產(chǎn)測試系統(tǒng)。但與開關(guān)電源相比，線性電源效率偏低，而且由于要用散熱器為串聯(lián)晶體管及磁鐵散熱，使其大而笨重。通常對于較低功率應用，線性電源是更為有效的解決方案，它在不同產(chǎn)品中作為組件使用。

開關(guān)電源克服了線性電源的缺點（效率低、體積大、笨重），對于大功率應用，它是高效和價廉的解決方案。但與線性電源相比有三方面的缺點：較慢的瞬態(tài)恢復時間，較高的PARD和較低的可靠性。開關(guān)電源適用于各種工業(yè)環(huán)境，在各種產(chǎn)品，如計算機、外設和復印機中作為部件使用。近年來的電源設計組合了開關(guān)和線性這兩種拓撲方式各自好的特性。

電源用于各種各樣的產(chǎn)品和測試系統(tǒng)。因此對于不同廠商和不同最終用戶而言，需要通過測試確定的技術(shù)指標也會有很大不同。例如研發(fā)環(huán)境進行的測試主要作為電源的設計驗證。這些測試要求高性能的測試設備，在工作臺上采用大量的手動控制。與其相反，制造環(huán)境的電源測試主要針對產(chǎn)品設計階段所確定的產(chǎn)品所有功能。由于測試批量很大，必須有高測試吞吐率和高可重復性，因此通常要求測試自動化，電源測試儀器必須能用計算機編程。對于這兩種測試環(huán)境，都要通過測量同步執(zhí)行正確測試和獲得有效數(shù)據(jù)。此外，對電源測試裝置設計師而言，同樣重要的是還需考慮測試裝置可靠性，對被測電源的保護，機架空間和總的使用成本。正確選擇測試儀器將提供測量通用性和測試裝置復雜性的最好組合。

本文討論的電源測試方法和配置當然并非實現(xiàn)所需要測量的唯一可行方案。但無論何種實現(xiàn)方法，儀器對于所有測試都是最為基本的需要。某些商業(yè)化的測試系統(tǒng)融入了定制的電路板級儀器和手工接線。但基于標準產(chǎn)品的電源測試系統(tǒng)有更多好處。由于其低噪聲環(huán)境，這些系統(tǒng)更為可靠，能提供可重復的高性能測量。采用標準儀器的系統(tǒng)是模塊化的，具有按性能需要配置系統(tǒng)的靈活性，并且易于升級。此外，進行系統(tǒng)中各儀器的維修、更換或校準也只需最少的系統(tǒng)停機時間。

下面各節(jié)所覆蓋的測試均使用標準儀器配置，這些儀器包括電子負載，數(shù)字示波器，數(shù)字多用表，真有效值電壓表，瓦特表和交流功率源。其中，電子負載可用幾種方法執(zhí)行電源測試。它們一般是可編程的，雖然大多數(shù)電子負載需要外部DAC編程器。

這一能力能在測試期間精確控制負載值，為測試裝置操作者提供有價值的狀態(tài)信息，電子負載通常采用FET設計，它比采用繼電器和電阻器的解決方案更可靠，也更簡易。您還可選擇工作模式：恒流（CC）、恒壓（CV）和恒阻（CR）。

較復雜的電子負載在一臺產(chǎn)品中提供所有這三種模式，具有最高的測試靈活性。并進而提供測量直流電壓和電流這兩種源的通用解決方案。電子負載的最后一項優(yōu)點是提供通過總線的回讀。這就能去掉一些測試中測量電壓和電流所用的數(shù)字多用表。如上所述，現(xiàn)在有各種不同復雜程度的電子負載。Agilent電子負載產(chǎn)品系列在一臺儀器中提供所有最復雜的功能特性和很高的性能指標。

二、電源測試綜述

電源測試還需要一些其它儀器。不同測試（精度、分辨率、穩(wěn)定度、帶寬等）要求不同的性能。大體上儀器測量能力應保證其誤差低于被測指標的10%。對于本應用指南討論的測試，表2列出了電源測試對儀器性能的基本要求。

1、負載瞬態(tài)恢復時間

所設計的恒壓直流電源使用反饋環(huán)，它把輸出電壓持續(xù)保持在穩(wěn)態(tài)電平上。反饋環(huán)的有限帶寬限制了電源響應負載電流變化的能力。如果電源反饋環(huán)輸入和輸出間的時間延遲到達單位增益轉(zhuǎn)角處的臨界值，電源將不穩(wěn)定和產(chǎn)生振蕩。通常要測量作為角度差的這一時間延遲，并用相移的度數(shù)表示。環(huán)路輸入和輸出間相移的臨界值為180°。

對于負載電流的躍變，處于穩(wěn)定態(tài)邊緣的CV電源將有振鈴電壓輸出。它使電源調(diào)整電路失效，并可能損壞對電壓敏感的負載。這種負載的例子如計算機中的邏輯電路。在這種情況下，外購電源的計算機制造商可能會考慮進行電源組件負載瞬態(tài)恢復特性指標的驗證。這項測試也能揭示造成不穩(wěn)定的關(guān)鍵制造問題，如有缺陷的輸出濾波電容器和松動的電容器連接。CV負載瞬變時間是一項動態(tài)時間測量，它是負載電流瞬變后，CV電源的輸出電壓穩(wěn)定到預先規(guī)定穩(wěn)定帶內(nèi)的時間。通常所測的響應為微秒或毫秒量級，取決于被測電源的拓撲。

這項測試中所用電子負載的上升時間至少要比被測電源快5倍，并能工作于達到電源最大額定電流的CC模式（或CR模式）。測量負載瞬態(tài)恢復時間要求負載能夠在CC或CR模式2個不同值間切換。為進行連續(xù)的負載瞬態(tài)測試，切換的重復率應足夠慢，從而使電源反饋環(huán)能在每次施加切換后恢復和穩(wěn)定。

2、負載效應（負載調(diào)整率）

負載效應或負載調(diào)整率是一項靜態(tài)的性能測量，它定義被測電源在預先確定的負載變化時保持在規(guī)定輸出極限內(nèi)的能力。對于CV電源，關(guān)注的影響量是穩(wěn)態(tài)輸出電流。對于CC電源，影響量是穩(wěn)態(tài)輸出電壓。對于單路輸出CV電源，負載電流變化產(chǎn)生的電壓負載效應等于電源的額定電流。該指標一般用mV，或額定輸出電壓的百分數(shù)表示。

對多路輸出CV電源應確定交叉負載效應。這是對單路輸出電源負載效應測試的擴展，它確定在一路輸出上負載電流變化時，CV電源所有輸出保持在規(guī)定額定電壓范圍內(nèi)的能力。也可反過來規(guī)定一路輸出承受所有其它輸出變化的能力。

對于CV電源，輸出電壓和輸入電壓的測量應在負載從被測電源的最小電流變化到滿度額定電流后進行。需要測量交流輸入電壓，以保證輸出電壓變化僅是負載變化，而不是交流輸入變化的結(jié)果。當要求高吞吐率時，為縮短測試時間，用可調(diào)型交流源提供預先確定的交流輸入電平和可使用的頻率。這樣就不需要進行交流輸入電壓測量。

在測量前應允許輸出電壓有規(guī)定的穩(wěn)定時間。選擇用于這項測試的電子負載必須能在CC或CR模式工作，以及適應被測電源最大額定值的足夠輸入額定值（電壓、電流和功率）。

3、電流極限表征

電流極限測量論證恒壓電源的預設最大輸出電流極限值。這一預設值可以固定，也可在規(guī)定范圍內(nèi)改變。有三種基本類型的電流極限設計實現(xiàn):
（1）常規(guī)電流極限電源
（2）CV/CC模式電源
（3）折返電流極限電源

常規(guī)電流極限電源和CV/CC模式電源在功能很相似。其實現(xiàn)的不同處僅在恒流工作區(qū)內(nèi)的調(diào)整程度和使用者調(diào)整CC工作點（CV/CC電源）的能力。一個圓形拐角和傾斜的電流極限特性表明較低精度的電流調(diào)整。相反，陡峻的拐角和垂直的電流極限特性表明更高的電流調(diào)整能力。折返電流極限電源采用在負載電阻低于變換值時能讓輸出電壓和電流同時降低的技術(shù)。電流極限的目的是提供對電源及其供電設備的保護（假定電流極限值低于設備的最大額定電流）。

對被測電源輸出電壓和電流的測量從電源滿度額定輸出電壓初始值開始，然后逐步減小電子負載的電阻（或電流，CC模式）。

電壓將保持恒定，直到負載電流（電源的輸出電流）增加到預設的電流極限值。當電源額定輸出電壓變化到大于其負載調(diào)整規(guī)范時，即到達了變換區(qū)或電流極限。在電流極限拐點處，負載電流和輸出電壓的行為由電源設計中實現(xiàn)的電流極限電路類型確定。

4、PARD（周期和隨機偏差）

PARD（原稱紋波和噪聲）是在所有其它參數(shù)恒定的條件下，在規(guī)定帶寬內(nèi)直流輸出電壓對其平均值的周期性和隨機性偏離。它代表調(diào)整和濾波電路后面直流輸出電壓中所殘存不需要的交流和噪聲成分。PARD用有效值或峰峰值度量，通常規(guī)定的帶寬范圍為20Hz至20MHz。任何技術(shù)標中所包括20Hz以下的偏離被稱為輸出偏置。低輸出紋波對一些應用至為關(guān)鍵。這樣的應用例子如為高增益放大器加電的電源，如果該電源的紋波偏大, 電源的PARD部分會連同所需要的信號一起被放大。在應用中規(guī)定的PARD值是峰峰值還是有效值非常重要。峰峰值提供有關(guān)高幅度、短持續(xù)時間尖峰的信息，而有效值則有利于確定預期的信噪比。

為進行PARD測量，對于恒壓和恒流源，所使用的電子負載應工作于CR模式。負載的PARD要低于被測電源。這在測量線性電源的PARD時尤為重要，因為線性電源通常有優(yōu)良的PARD指標。應使用可調(diào)型交流源向被測電源施加輸入。在規(guī)定電源最低和最高交流輸入，以及規(guī)定的最低和最高源頻率處進行PARD測量。

在進行這些測量時，正確連接儀器和被測電源十分重要。由于PARD包括低電平的寬帶信號，主測試裝置應注意地環(huán)路、正確的屏蔽和阻抗匹配�？捎脭�(shù)字示波器作峰峰值測量。由于需要測量高頻噪聲尖峰，因此為進行正確取樣，示波器的數(shù)字化率至少要比最高PARD頻率高5倍。為消除電纜振鈴和駐波，典型配置中包括在兩端以50Ω端接的同軸電纜。要把電容器與信號路徑串聯(lián)，以阻塞直流電流。

應使用真有效值RF電壓表測量有效值指標。也應考慮類似的峰峰值測量。這兩種測量都應防止出現(xiàn)地環(huán)路。由于大多數(shù)示波器和真有效值電壓表都使用以地為參照的輸入，測試電源以地為參照的輸出，此時很可能產(chǎn)生地環(huán)路。在這種情況下，為避免地環(huán)路問題，也許應使用具有浮置（差分放大器）輸入的儀器。

在進行第一組PARD測量時，交流源的電壓和頻率應設置于規(guī)定的最小值，被測電源在最小，然后為最大額定負載值。第二組PARD測量時，交流源應設置于規(guī)定的最大幅度和頻率，被測電源在最小，然后為最大負載值。為測試多路輸出電源，在進行各路輸出的PARD測量時，所有其它輸出應先設置在最小負載，然后至最大負載。

5、效率

電源效率就是總輸出功率與總輸入功率之比。為得到典型ac-dc變換電源的真實輸入功率（有效值電壓×同相有效值電流），可使用商業(yè)瓦特表或交流源測量所需參數(shù)。用于輸入電流和電壓測量的儀器必須能以足夠快的速率取樣輸入信號，以得到精確的測量結(jié)果。

這項測試能很好指示被測電源的正確工作。如果對于電源拓撲，所測效率超出了規(guī)定范圍，表明可能存在設計缺陷或制造問題。

要在儀器預熱后的穩(wěn)定條件下測量被測電源的效率和功率因素。電子負載可工作于CC模式（對CV電源）和CV模式（對CC電源）。至少應使用兩種負載設置，其中一種是被測電源的最大額定負載。某些電源的效率和功率因素是負載的函數(shù)。在這種情況下，應使用足夠數(shù)量的負載設置，以使由測量數(shù)據(jù)繪制的曲線能最好地表述測試結(jié)果。

6、起動

電源的開啟延遲是從施加交流輸入至輸出達到其調(diào)整指標之內(nèi)的時間。對于開關(guān)電源或具有電流限制的電源來說，這一時間周期對輸出電壓的正確開啟序列至為關(guān)鍵。在開關(guān)電源設計中，會在開啟時產(chǎn)生有害事件，即有可能損壞開關(guān)晶體管的電流尖峰。問題的起因是當最初交流輸入施加到電源時，反饋環(huán)試圖補償它所看到的低輸入電壓。一般是通過增加“軟起動”電路解決這一問題，軟起動電路在起動序列期間限制開關(guān)晶體管的導通時間。這將限制通過開關(guān)晶體管的電流，直到電源到達穩(wěn)定工作狀態(tài)。

有害的電壓鎖定和導通可能造成電源工作在有可能損壞內(nèi)部電路的電流級電源起動時可能產(chǎn)生的另一有害條件是電壓鎖定。在這種情況下，具有電流折返CV 電源的輸出電壓不能在開機后到達其最終值，因為輸出電流試圖立即達到高值。電源電流折返電路的保護響應可能造成輸出電源被“鎖定”在某點，而此處的電流可能使電源損壞。因此測量起動延遲時間和對其全面表征將能保證開機時的安全工作。

為全面表征被測電源的開機起動序列，必須測量輸出電壓對即時交流輸入的響應�？捎脭�(shù)字示波器保存測量起動時間周期得到的輸出值。為精確控制施加至被測電源的交流輸入頻率和幅度，應使用可調(diào)型交流源。在選擇的60Hz（50Hz）相位（例如跨零和正或負峰值電壓）開啟交流源對于全面表征起動特性是重要的。在這項測試中使用的電子負載應工作于CR模式。

7、電源的其它測試

在觀看電源制造商所提供任何直流電源的技術(shù)指標時，會發(fā)現(xiàn)必須對某些設計規(guī)范作驗證和測試。這些測試因所采用的技術(shù)和測量各種不同參數(shù)所使用的測試設備而異。所有這些測試的共同點是需要有控制電源輸出負載的方法，而最容易的方法是使用電子負載。下面列出這些測試的簡要說明。

（1）漂移
這項測試包括測量電源輸出電流或電壓的周期和隨機偏離（通常超過8小時），覆蓋的帶寬為DC至20Hz。測試中所用的電子負載應能工作于CC或CV模式。測試設備:
• 計算機（用于長期測試）
• 電子負載
• 真有效值電壓表
• 電源的其它測試

（2）源效應（電源調(diào)整）
測量因源電壓幅度變化而產(chǎn)生的輸出電壓或電流變化。關(guān)注的是輸出是否在調(diào)整率指標范圍內(nèi)。測試中所用的電子負載應能工作于CC或CV模式。測試設備：
• 電子負載
• 可調(diào)型交流源
• 數(shù)字多用表
• 精密分流器

（3）短路輸出電流
這項測試是測量被測電源在輸出端短路后的穩(wěn)態(tài)電流�？捎霉ぷ饔贑R模式的電子負載提供短路。測試設備：
• 電子負載
• 數(shù)字多用表
• 精密分流器

（4）過壓關(guān)斷
在通常情況下，如果電源的輸出電壓超過預期負載的最大輸入電壓、電源最大工作電壓或改變電壓極限設置時，電源應被關(guān)斷過壓保護測試示出被測電源正確響應這些條件的能力。在測試輸出電壓響應時，電子負載應使用CC模式。測試設備：
• 電子負載
• 數(shù)字多用表

（5）編程響應時間
這項測試是測量編程輸出電壓或電流，在模擬編程信號跳變后，或數(shù)字信號選通后，從規(guī)定的初始值變化到編程值所規(guī)定容限帶內(nèi)需要的最大時間。這項測試中電子負載工作于CC、CR或CV模式。測試設備：
• 計算機
• 電子負載
• 數(shù)字多用表
• 精密分流器

三、Agilent電子負載測試電源

對于大批量或小批量測試環(huán)境中的工作臺或系統(tǒng)應用，Agilent電子負載具有高質(zhì)量和高可靠性，以及優(yōu)異的性能特性和技術(shù)文檔。從而使電源測試系統(tǒng)配置更容易，測量程序可重復，工作環(huán)境更安全。

Agilent 6060B 300W和6063B240V單路輸入直流電子負載提供可在CC、CV或CR模式中完全編程的許多特性。對于需要步進改變負載的測量，6060B和6063B帶有最小上升時間為12μs的瞬態(tài)發(fā)生器。這能用于高性能線性（串聯(lián)調(diào)整）電源和開關(guān)電源的負載瞬態(tài)響應測試。此外，您還可通過前面板，或通過GPIB編程控制瞬態(tài)發(fā)生器的占空比和頻率。

用Agilent電子負載測試電源為得到有效測試數(shù)據(jù)，同步電源測試系統(tǒng)中的測量儀器至關(guān)重要。6060B和6063B能從外部觸發(fā)數(shù)字多用表、數(shù)字示波器或瓦特表，根據(jù)測試要求在負載變化時進行測量。6060B和6063B也能響應來自其它測試儀器的外觸發(fā)。Agilent還有N3300A 1800W電子負載主機。對于大批量的測試環(huán)境，該產(chǎn)品是6060B和6063B的廉價替代方案。它有6個插槽，用戶可使用各種Agilent電子負載模塊配置到1800W，包括N3302A 150W模塊，N3304A300W模塊，N3303A 240V模塊，

N3305A 500W模塊和N3306A 600W模塊。N3300A系列提供6060B和6063B的所有特性，更快，更精確，以及許多新的編程特性，使制造測試系統(tǒng)更快和效率更高。電子負載家族為系統(tǒng)應用提供“單機”解決方案。這些負載包括內(nèi)裝的數(shù)字多用表和精密分流器，用于進行通過內(nèi)置GPIB的電壓、電流和功率回讀。此外，Agilent電子負載還帶有提供狀態(tài)回讀的瞬態(tài)發(fā)生器，其電壓和電流編程器駐存在儀器中。這樣。許多電源測試應用就不需要外部數(shù)字多用表，從而節(jié)省了機架空間和降低了附加的測試系統(tǒng)成本。

進一步信息，請閱讀Agilent AN 372-1電源測試，或訪問http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5952-4190CHCN.pdf。