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電源的額定值、物理尺寸和外形尺寸范圍極其廣泛。盡管通常會(huì)在尺寸、效率和成本方面進(jìn)行優(yōu)化（尤其是在可穿戴設(shè)備等功耗受限的應(yīng)用中），但在一些應(yīng)用中，電源單元 (PSU) 在完成部署并投入使用后，需要對(duì)其參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于臺(tái)式或自動(dòng)測(cè)試應(yīng)用和環(huán)境中的 PSU 尤其如此。 因此越來(lái)越多的電源開(kāi)始提供不同程度的現(xiàn)場(chǎng)靈活性，范圍涵蓋用于效率優(yōu)化的固件無(wú)線更新到常開(kāi)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，以確保準(zhǔn)確性、可擴(kuò)展性、冗余性和有效的電源陣列負(fù)載平衡�？删幊烫匦钥梢约涌飚a(chǎn)品設(shè)計(jì)和評(píng)估速度，增強(qiáng)系統(tǒng)功能并提供所需的靈活性。但是，在可使用的與日俱增的可編程選項(xiàng)列表中，有幾項(xiàng)特別引人注目。 本文將探討最新一代高級(jí) PSU 的作用、功能和特性，這些 PSU 采用獨(dú)立外殼，遠(yuǎn)超一般獨(dú)立、精確且響應(yīng)迅速的自足式電源。然后，我們以 XP Power 的產(chǎn)品為例，重點(diǎn)介紹最新一代完全聯(lián)網(wǎng)、高度可編程的 PSU 的特性、功能和后續(xù)優(yōu)勢(shì)。 PSU 與開(kāi)放式電源比較 在許多設(shè)計(jì)中，AC/DC 電源被構(gòu)建或擠壓在主 PC 板上或塞入某個(gè)角落的一塊單獨(dú)電路板上。但在另一些產(chǎn)品中，則需要一個(gè)獨(dú)特、獨(dú)立和隔離的電源單元。這些電源有時(shí)被稱為“機(jī)架式”或“開(kāi)放式”電源，是自足式電源，并且滿足必要的封裝、性能和法規(guī)要求。其中許多電源可從多個(gè)供應(yīng)商處獲取，作為外形、配合和功能方面的第二來(lái)源或替代來(lái)源。 這些電源以 XP Power 的 UCH600PS36 等單元為代表，該單元是 36 伏、4.16 安 (A)、600 瓦 (W) 開(kāi)放式電源，沒(méi)有用戶界面，因?yàn)椴恍枰▓D 1）。相反，它們被嵌入到最終產(chǎn)品中，一旦投入使用，用戶便無(wú)法進(jìn)行調(diào)整。它們只有極少的輸入/輸出連接：交流輸入、直流輸出，或許還有遠(yuǎn)程檢測(cè)引線。 
圖 1：UCH600PS36 等開(kāi)放式電源適合嵌入到最終產(chǎn)品中，最終用戶無(wú)需訪問(wèn)或調(diào)整其各種性能參數(shù)。（圖片來(lái)源：XP Power） 相比之下，工程項(xiàng)目需要的電源應(yīng)具有靈活、易于使用的界面，該界面通過(guò)開(kāi)關(guān)、旋鈕、軟按鈕、量表、指示器甚至字母數(shù)字讀數(shù)顯示器的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些完全可調(diào)的 PSU 旨在實(shí)現(xiàn)便捷的參數(shù)調(diào)整，包括輸出電壓、最大電流和電壓/電流限制等諸多因素。它們用于滿足工程團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)、原型評(píng)估和調(diào)試階段的需求，通常被稱為“臺(tái)式”或“實(shí)驗(yàn)室”電源。為了方便和整潔起見(jiàn)，它們還可作為自動(dòng)測(cè)試設(shè)備 (ATE) 或其他長(zhǎng)期安裝的一部分，按固定的半永久配置進(jìn)行機(jī)架安裝（圖 2）。
圖 2：“臺(tái)式”P(pán)SU 在工程師的工作臺(tái)上使用，但它們通常也與其他測(cè)試裝置一起安裝在機(jī)架中，以提供完整的套裝儀器裝置。（圖片來(lái)源：UKARANet，英國(guó)業(yè)余無(wú)線電天文學(xué)網(wǎng)） 當(dāng)今的 PSU 與幾十年前的 PSU 相比，盡管基本功能相同，但需要滿足的需求比后者要復(fù)雜得多。除了基本的電壓和電流讀數(shù)以及手動(dòng)調(diào)整輸出電壓值之外，PSU 還必須啟用其他手動(dòng)控制的功能并提供遠(yuǎn)程訪問(wèn)。 像 XP Power 的 PLS600 系列可編程直流電源這樣的 PSU 就可以做到這一點(diǎn)，通過(guò)便捷、有序的前面板控制裝置以及各種后面板連接選擇（包括 USB、以太網(wǎng)和模擬接口）來(lái)調(diào)整操作參數(shù)（圖 3）。此外，PSU 必須監(jiān)視自身情況和負(fù)載情況，并根據(jù)需要以及在出現(xiàn)例外情況時(shí)直接通過(guò)遠(yuǎn)程方式報(bào)告該情況，以保持對(duì)設(shè)備自身以及更大系統(tǒng)的掌控。
圖 3：PLS600 系列單元的前面板（上圖）功能齊全且整齊有序，同時(shí)支持強(qiáng)大的用戶訪問(wèn)和監(jiān)視功能；背面板（下圖）具有交流電源線以及用于 USB、以太網(wǎng)和模擬接口的連接器。（圖片來(lái)源：XP Power） 前面板的功能（如圖 3 中的 1 到 7 所示）在用戶手冊(cè)中提供了更詳細(xì)的描述，按照升序依次為：電源開(kāi)/關(guān)；電流設(shè)置；電壓設(shè)置；輸出開(kāi)/關(guān)；顯示器；以及電源輸出引線插座。 PLS600 系列由五個(gè)直流輸出單元組成，從 30 伏 PLS6003033 DC 開(kāi)始，最高達(dá) 400 伏 PLS6004002.5，所有單元的最大額定功率均為 600 瓦。 完全可編程性帶來(lái)額外的好處 聲稱某個(gè) PSU“可編程”是一回事，但重要的是，弄清這對(duì)于現(xiàn)代 PSU 意味著什么。首先，該 PSU 必須具有用戶可設(shè)置的輸出電壓，而不是固定輸出電壓；在許多情況下，該 PSU 還可以用作用戶可設(shè)置的電流源。為方便起見(jiàn)，可根據(jù)需要從前面板輕松調(diào)整這些主要參數(shù)的值。與數(shù)字讀數(shù)搭配使用時(shí)，旋轉(zhuǎn)式控制裝置依然是快速設(shè)置、調(diào)整或“微調(diào)”目標(biāo)值設(shè)置的最舒適的方式。 用戶可以設(shè)置的其他參數(shù)包括重要的過(guò)壓保護(hù) (OVP)、過(guò)流保護(hù) (OCP)，甚至包括過(guò)功率保護(hù) (OPP) 值。對(duì)于那些“擔(dān)心”的不是 PLS600 PSU 的 600 瓦功率限制，而是允許負(fù)載從電源獲取的最大功率量（電壓 × 電流）以防止損壞電源的應(yīng)用而言，OPP 值非常有用。 通常，在承受時(shí)間壓力以及調(diào)試和測(cè)試壓力的情況下對(duì)電壓、電流、功率或其他設(shè)定點(diǎn)做出各種調(diào)整之后，用戶可能疏略了記錄他們?yōu)檫@些因素實(shí)際設(shè)置的值。由于此原因及其他原因，PLS600 PSU 允許快速顯示參數(shù)值。此外，參數(shù)值都被存儲(chǔ)在內(nèi)部，因此上電時(shí)無(wú)需重新輸入。 這種基本的可編程性只是名副其實(shí)的多功能 PSU 的第一個(gè)方面。對(duì)于許多測(cè)試和評(píng)估情況，需要讓電源執(zhí)行與網(wǎng)絡(luò)連接無(wú)關(guān)的預(yù)定義實(shí)時(shí)“腳本”。為此，PLS600 系列提供了先進(jìn)的集成腳本功能，可允許用戶編寫(xiě)自定義程序來(lái)生成用戶定義的輸出配置文件，以滿足各種獨(dú)特的要求，并將其上傳到電源以根據(jù)命令執(zhí)行。 這使得電源可以在更大的系統(tǒng)中扮演高級(jí)角色，并因此成為產(chǎn)品性能序列或高級(jí)生命周期測(cè)試（如高加速壽命測(cè)試 (HALT) 等）中的有效元素，而且可能有助于發(fā)現(xiàn)與最終產(chǎn)品電源子系統(tǒng)特性有關(guān)的細(xì)微異常。 從簡(jiǎn)單的手動(dòng)操作到高級(jí)聯(lián)網(wǎng)設(shè)置的連接和控制能力 盡管臺(tái)式 PSU 應(yīng)具有用于基本訪問(wèn)和即時(shí)訪問(wèn)的前面板、用戶友好的手動(dòng)操作控制裝置，但僅僅這些對(duì)于高效的系統(tǒng)級(jí)電源而言還不夠。除了便捷的旋轉(zhuǎn)式電壓和電流調(diào)整控制裝置外，PLS600 系列還支持通過(guò) USB、以太網(wǎng)和模擬控制輸入進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。 模擬控制看似不合時(shí)宜，但它允許直接、輕松地設(shè)置基本的遠(yuǎn)程控制方案，而且在某些傳統(tǒng)情況下可能需要使用模擬控制。請(qǐng)注意，臺(tái)式儀器的使用壽命通常較長(zhǎng)，有 IEEE-488 通用接口總線 (GPIB) 單元仍在使用中。當(dāng)在閉環(huán)反饋配置中使用電源時(shí)，模擬控制也很方便，這種情況下，必須根據(jù)某個(gè)檢測(cè)的或推導(dǎo)的電壓來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整電源電壓。 除了基本的模擬控制之外，所有 PLS600 PSU 都通過(guò)了 LAN 儀器擴(kuò)展 (LXI) 認(rèn)證，因而符合基于 LAN 的儀器的互操作性標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn) LabVIEW 和可互換虛擬儀器 (IVI) 驅(qū)動(dòng)程序可與所有標(biāo)準(zhǔn)軟件配合使用。這些單元支持用于可編程儀器的標(biāo)準(zhǔn)命令 (SCPI)，還支持用戶開(kāi)發(fā)的基于 SCPI 的軟件。USB 和以太網(wǎng)輸入符合 SCPI 規(guī)范，并且可在 National Instruments 網(wǎng)站上獲取 LabVIEW 驅(qū)動(dòng)程序。為確保設(shè)置和回讀數(shù)值的可信度，PSU 包括了嵌入式 12 位數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于準(zhǔn)確測(cè)量和報(bào)告電壓和電流。 將遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)設(shè)置與手動(dòng)更改值或在程序控制下更改值的功能以及有關(guān)電源狀態(tài)和警報(bào)狀況的報(bào)告相結(jié)合，可帶來(lái)極大的便利。它減少了工程師“照看”被測(cè)設(shè)備測(cè)試以及在發(fā)生異常時(shí)查找和關(guān)聯(lián)異常的需要。將其與具有深存儲(chǔ)和合適觸發(fā)器的數(shù)據(jù)記錄儀或數(shù)字示波器等儀器結(jié)合使用時(shí)，適合執(zhí)行長(zhǎng)期測(cè)試，然后下載結(jié)果以進(jìn)行更全面的分析。 解決遠(yuǎn)程檢測(cè)和校準(zhǔn)問(wèn)題 所有載流引線和電源軌都受到了電流電阻 (IR) 電壓 (V) 下降的影響。根據(jù)歐姆定律 (V = IR) 進(jìn)行基本計(jì)算，表明了該問(wèn)題的嚴(yán)重性。結(jié)果，在負(fù)載上傳遞的電壓很容易低于其在電源上的標(biāo)稱值，幅度從幾毫伏到幾十甚至幾百毫伏不等。 解決該壓降的一種方法是，通過(guò)將 PSU 處的標(biāo)稱電壓增加等于壓降的數(shù)量來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，但這被認(rèn)為是一種糟糕的做法，因?yàn)?IR 壓降是所消耗電流的函數(shù)，因而存在波動(dòng)。于是有時(shí)，當(dāng)電流和導(dǎo)致的 IR 下降較小時(shí)，負(fù)載處的電壓實(shí)際上可能過(guò)高。 鑒于此，通常采用的解決方案是通過(guò)在開(kāi)爾文檢測(cè)配置增加兩條額外的接線來(lái)使用遠(yuǎn)程檢測(cè)。在此配置中，將檢測(cè)負(fù)載上的實(shí)際電壓并將其反饋到電源以動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出，從而使負(fù)載上的電壓始終具有所需的值。這種廣泛使用的解決方案已成為公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)做法，而且通常效果很好，但也確實(shí)存在一些缺點(diǎn)。 首先，需要兩條額外的引線，這看似微不足道，但會(huì)增加工作臺(tái)的混亂。其次，在負(fù)載處增加兩個(gè)額外的低電阻觸點(diǎn)未必那么容易，尤其當(dāng)負(fù)載觸點(diǎn)的設(shè)計(jì)無(wú)法適應(yīng)這些觸點(diǎn)時(shí)。所有試圖將 24 AWG 檢測(cè)引線連接到專為 14/12/10 AWG 載流電源軌而設(shè)計(jì)的螺絲或其他端子的人，都遭遇過(guò)困難。 最后，這兩條額外的檢測(cè)引線可能看起來(lái)不過(guò)是無(wú)源電線，但實(shí)際并非如此。從電氣角度講，它們形成了一個(gè)放大器的反饋回路，而該放大器恰好是一個(gè)電源。任何時(shí)候只要存在這樣的反饋回路，就有可能因?yàn)槲词芗s束且通常定義不當(dāng)?shù)幕芈范霈F(xiàn)噪聲拾取甚至振蕩。因此，雖然遠(yuǎn)程檢測(cè)技術(shù)可以解決 IR 壓降的問(wèn)題，但也可能導(dǎo)致電源輸出振蕩的更大隱患。可能需要更多正確類型的濾波，但這類濾波也可能改變電源的動(dòng)態(tài)瞬態(tài)響應(yīng)并降低相應(yīng)的性能。 遠(yuǎn)程檢測(cè)——無(wú) IR 壓降感應(yīng)引線 為避免因遠(yuǎn)程檢測(cè)帶來(lái)的機(jī)械、電氣甚至美觀性問(wèn)題，PLS600 系列提供了一種替代方法，使用專有技術(shù)對(duì)這些電阻進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償，而無(wú)需任何額外的電線。簡(jiǎn)而言之，用戶從前面板激活遠(yuǎn)程檢測(cè)模式，將負(fù)載處的負(fù)載電線短路，并將 PSU 電流設(shè)置為至少與負(fù)載預(yù)期獲取的電流一樣大（圖 4）。
圖 4：XP Power 的 PLS600 PSU 支持獨(dú)特的 IR 壓降預(yù)補(bǔ)償方案，無(wú)需額外的遠(yuǎn)程檢測(cè)引線。（圖片來(lái)源：XP Power） PSU 測(cè)量負(fù)載電線中的輸出電流和總壓降，然后計(jì)算負(fù)載電線的電阻。接下來(lái)，PSU 可以實(shí)時(shí)調(diào)整其電源端子上的輸出電壓，以校正負(fù)載電纜中的壓降。于是，在實(shí)際安裝中不再需要單獨(dú)的檢測(cè)引線。 高級(jí) PSU 還提供了校準(zhǔn)靈活性 盡管類似 PLS600 系列這樣的 PSU 正常情況下不需要校準(zhǔn)，但在某些情況下，需要對(duì)單元的輸出電壓性能進(jìn)行驗(yàn)證，以及需要進(jìn)行一些校準(zhǔn)調(diào)整。要校準(zhǔn)輸出電壓和電流以及顯示的電壓和電流，PLS600 系列需要經(jīng)校準(zhǔn)的電壓計(jì)和經(jīng)校準(zhǔn)的分流器。 將 PSU 設(shè)置為校準(zhǔn)模式，并且僅在連接了電壓計(jì)的情況下將其輸出保持開(kāi)放狀態(tài)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，PSU 的顯示值與電壓計(jì)的值匹配，并且按 PSU 面板按鈕來(lái)寄存這些值。下一步，將分流器跨接到輸出端，并將電壓計(jì)連接到分流器。然后調(diào)整 PSU 輸出，直到外部電壓計(jì)的讀數(shù)剛好為電源顯示屏上顯示的電流為止（圖 5）。請(qǐng)注意，根據(jù)歐姆定律，量表上顯示的電壓同樣取決于所用分流器的值。
圖 5：使用一個(gè)簡(jiǎn)單的兩步過(guò)程來(lái)校準(zhǔn) XP Power 的 PSU：先進(jìn)行開(kāi)路輸出電壓測(cè)量，然后再測(cè)量經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的負(fù)載分流器兩端的電壓。（圖片來(lái)源：XP Power） 如何獲得更多電壓或電流 盡管 PLS600 系列中的 PSU 提供了額定電壓和電流組合，但毫無(wú)疑問(wèn)，某些情況下需要更多地使用其中一個(gè)或兩個(gè)參數(shù)。一種顯而易見(jiàn)的解決方案是使用更大的電源，但存在增加成本的缺點(diǎn)。由于此需求可能僅在很短的時(shí)間內(nèi)存在，因此難以證明它的合理性。另一種替代方法是考慮將兩個(gè)或更多個(gè) PLS600 PSU 串聯(lián)以獲取更多的電壓，或并聯(lián)以獲取更多的電流。 但是，獲取更大的電壓或電流不僅僅是串聯(lián)或并聯(lián)兩個(gè)電源的問(wèn)題。當(dāng)以這種方式組合兩個(gè) PSU 時(shí)，可能會(huì)發(fā)生以下三種情況之一： · 該配置無(wú)法提供所需的輸出，失去控制，而且電源可能遭到損壞 · 該配置在一定程度上可以工作，但達(dá)不到所需的性能、精度、一致性或可信度 · 由于運(yùn)氣（通常并非良好的工程策略）或得益于精心的設(shè)計(jì)，該配置可正常工作 結(jié)果 1 和結(jié)果 2 既不可取，也不可接受，但存在一些方法，利用一些經(jīng)過(guò)精心挑選的外部元器件（如分流電阻器或隔離二極管等），在一定程度上彌補(bǔ)它們的缺點(diǎn)（圖 6）。類似的方案也用于電壓配對(duì)。即使配置可行，總體性能也會(huì)受制于兩個(gè)電源中較小電源的規(guī)格以及所添加元器件之間的不匹配，并且會(huì)由于這些元器件而導(dǎo)致性能下降。
圖 6：可以使用諸如分流電阻器（左圖）或隔離二極管（右圖）之類的外部元器件將兩個(gè) PSU 并聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)額外的電流能力，但這樣做會(huì)降低性能。（圖片來(lái)源：XP Power） 因此，總體思路是，在應(yīng)用中使用額定值符合應(yīng)用要求的單個(gè)電源，與并聯(lián)或串聯(lián)使用兩個(gè)或更多個(gè)電源相比，導(dǎo)致的問(wèn)題要少得多。但如果這些電源是專為串聯(lián)或并聯(lián)操作而設(shè)計(jì)，那么“正常工作”的目標(biāo)結(jié)果 3 就會(huì)發(fā)生，PLS600 系列 PSU 便是這種情況。 要以并聯(lián)或串聯(lián)方式放置 PLS600 PSU，必須將其中一個(gè)電源設(shè)置為主設(shè)備，將其余電源設(shè)置為從設(shè)備。最多可以串聯(lián)兩個(gè)電源（并且它們必須相同）以升高電壓，最多可以并聯(lián)四個(gè)相同的單元以增大電流。主設(shè)備和從設(shè)備的設(shè)置和指定通過(guò)前面板控制裝置完成，但必須理解的一點(diǎn)是，出于安全和性能方面的原因，存在一些最大限制。 利用機(jī)架和堆疊提高便利性、規(guī)范性和效率 就工程師工作臺(tái)的視覺(jué)外觀而言，有的相當(dāng)整潔，有的則難以置信地混亂。現(xiàn)狀是，許多工作臺(tái)一開(kāi)始整潔有序，但往往逐漸變得“雜亂無(wú)章”，而單個(gè)或多個(gè) PSU 及其引線增加了這種混亂程度。其他情況下，出于以下幾種原因之一，PSU 會(huì)作為采用機(jī)架式安裝的儀器組件的一部分提供： · 它是一個(gè)獨(dú)立 ATE 或長(zhǎng)期評(píng)估項(xiàng)目的一部分 · 通過(guò)確保將所有組件放置在預(yù)期位置并且所有電纜都已布置到位并消除應(yīng)力，來(lái)提供系統(tǒng)完整性并增強(qiáng)可靠性 · 需要運(yùn)輸并最終要重新安裝 出于以上原因，XP Power 為 PLS600 PSU 提供了 PLS600 機(jī)架安裝套件（圖 7）。
圖 7：XP Power PLS600 機(jī)架安裝套件簡(jiǎn)化了標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱設(shè)備機(jī)架中的單個(gè) PLS600 單元或并排單元對(duì)的安裝。（圖片來(lái)源：XP Power） 由于 PLS600 系列的所有成員都具有相同的外殼尺寸，因此該套件適用于所有成員。使用該套件安裝 PSU 是一項(xiàng)快速而簡(jiǎn)單的任務(wù)，而且該套件允許將兩個(gè) PSU 并排安裝。 結(jié)語(yǔ) 臺(tái)式電源單元在外形和功能上與嵌入式電源截然不同，會(huì)提供多個(gè)用戶控制或調(diào)整裝置。臺(tái)式或“實(shí)驗(yàn)室”P(pán)SU 是用于原型開(kāi)發(fā)、調(diào)試和測(cè)試以及固定位置試驗(yàn)臺(tái)的必備工具。經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)且功能豐富的實(shí)驗(yàn)室 PSU，如 XP Power 的 PLS600 系列 PSU，不僅具有出色的性能，而且還具有高效、靈活地使用 PSU 所需的其他功能，包括便捷的前面板控制裝置、聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)和腳本驅(qū)動(dòng)的可編程性等。 來(lái)源：Digi-Key 作者：Bill Schweber |
