適當選擇電源優(yōu)先級以管理過沖

1、適當選擇電源優(yōu)先級以管理過沖大部分實驗室都把直流電源當作恒壓 /恒流 (CV/CC) 電源使用；記住，電源是一個回饋系統(tǒng)，可以實現(xiàn)特定參數(shù)的調節(jié)。在恒壓 (constant voltage，CV) 條件下，電源的回饋控制回路可以調節(jié)電壓。在恒流 (constant current，CC)條件下，電源的回饋控制回路可以調節(jié)電流。所以，當你使用CV/CC 電源時，意味著電源在CV 模式下運作，會根據(jù)可程序化設定的電壓設置來調節(jié)恒壓，直到負載消耗足夠的電流，達到可程序化的電流設置；這種可程序設計的電流設置通常稱為電流限制(current limit) 。一旦所提供的電流達到電流設置，電源會從CV 模

2、式切換為 CC 模式。在 CC 模式下，電源根據(jù)可程序化設定的電流值調節(jié)恒定電流，電壓將開始下降，因為它已不再是被調節(jié)的參數(shù)。相反的，如果電源在CC 模式下調節(jié)恒定電流，它會繼續(xù)如此運作，直到負載兩端電壓爬升到設定值；然后電源將進行模式切換，由CC 模式轉換為 CV 模式。在 CV 模式下，電源將按照上述方式再次開始調壓。這里解釋了一個常見問題： 電源的 CV 或 CC 切換按鈕在哪里？答案是： 沒有這種東西！因為電源模式是由負載電阻決定的；在高電阻或開路情況下，流經(jīng)電源的電流非常小、或者沒有電流經(jīng)過，電源為 CV 模式。與此類似，在低電阻或短路情況下，大量電流流經(jīng)電源，電源處于 CC 模式

3、(圖 1)。何謂優(yōu)先模式？我們介紹下一個概念：優(yōu)先模式 (priority modes) 。除了 CV 和 CC 模式以外，電源還可同時具有電壓優(yōu)先和電流優(yōu)先模式。優(yōu)先模式控制電源的特性，在電壓優(yōu)先模式下，電源的電壓控制回路具有優(yōu)先權。當今市場上的大多數(shù)電源供應器僅具有電壓優(yōu)先功能，不能提供電流回路優(yōu)先模式；事實上這種情況非常普遍，大多數(shù)工程師甚至從來沒有意識到還有優(yōu)先模式存在，他們只是期望自己的CV/CC 電源具有電壓優(yōu)先模式。需要注意的是， 優(yōu)先模式與 CV 和 CC 無關，電壓優(yōu)先模式下的電源可以是CC 或 CV ；同樣的，電流優(yōu)先模式下的電源也可以是CV 或 CC。優(yōu)先模式只是定義了電

4、源從CV 切換到 CC、或從 CC 切換到 CV 的行為。那么，優(yōu)先模式具備什么意義？以下將解釋各種優(yōu)先模式下的電源供應器特性。電壓優(yōu)先模式電壓優(yōu)先模式啟動時，初始電壓設為0V，電流則設為電流設定值；由于是在電壓優(yōu)先模式下，因此 CV 回路具有優(yōu)先權，電源以恒壓啟動，電壓為調節(jié)后的參數(shù)。電壓從 0V 開始，逐漸上升到 CV 回路調節(jié)下的電壓設定值，表現(xiàn)良好，具有快速的電壓上升時間和最小的過沖 (overshoot)性能。如果負載為高阻抗，那么 RLOAD( 電壓設置 /電流設置 )，電源保持為 CV ，對電壓進行干凈的調節(jié)，電流將流入負載。隨著電壓達到設定電壓值，電壓過沖的情況很少或者從不出現(xiàn)

5、，因為電源會對電壓進行干凈的調節(jié)。性能導致 CV 到 CC 轉換中的電流過沖如果為低阻抗負載， 則 RLOAD( 電壓設置 /電流設置 )，電壓將以 CV 模式開始運作，不過低負載阻抗意味著電壓無法達到設置值。相反的，源電流會迅速到達電流設置值，轉換為 CC，電壓將崩潰。在 CV 模式到 CC 模式的短暫轉換中， CC 回路取得優(yōu)先權，其需要一些時間將電流調節(jié)為電流設置值；這會導致短暫的電流控制不穩(wěn)，從而進一步產(chǎn)生電流過沖 (圖 2)。簡言之，在電壓優(yōu)先模式下，電壓表現(xiàn)出良好的特性，只有極少量的過沖；但是從CV 模式到 CC 模式的交叉轉換過程中，電流有可能過沖，因為此時電流調節(jié)沒有獲得優(yōu)先權

6、。電流優(yōu)先模式現(xiàn)在我們看看電流優(yōu)先模式。在以電流優(yōu)先模式啟動時，電流最初設為0A ，電壓設為電壓設置值。由于是在電流優(yōu)先模式下，所以CC 回路具有優(yōu)先性，電源以CC模式啟動，電流為調節(jié)后的參數(shù)。電流從0A 開始，然后在CC 回路調節(jié)下逐漸上升至程序設計設定的電流值，以便得到干凈、良好的性能，同時擁有快速電流上升時間和最小過沖。如果為低阻抗負載，則 RLOAD( 電壓設置 /電流設置 )，電源將保持在 CC 模式下，干凈地調節(jié)電流。隨著電流達到設定電流值，電流過沖的情況很少或者不出現(xiàn)，因為電源會對電流進行干凈的調節(jié)。如果為高阻抗負載，則RLOAD( 電壓設置 /電流設置 )，電源將保持在CC 模

7、式下，但高負載阻抗意味著電源無法使足夠的電流流過負載。通過高負載阻抗的任何電流將在負載上產(chǎn)生高電壓，電源會迅速達到電壓設置值，然后轉換到CV 。在 CC 模式到 CV 模式短暫的轉換期中，CV 回路取得優(yōu)先權，其有機會將電壓調節(jié)為電壓設置值。這會導致短暫的電壓控制不穩(wěn)，有可能產(chǎn)生電壓過沖(圖 3)。簡言之，在電流優(yōu)先模式下，電流表現(xiàn)出良好的特性，只有極少量的過沖。但是，從模式向 CV 模式轉換時，電壓有可能過沖，因為此時電壓調節(jié)沒有獲得優(yōu)先權?？偨Y雖然過去優(yōu)先模式都是過模擬設計實現(xiàn)，但現(xiàn)代的電源供應器都是采用數(shù)字訊號處理CC(DSP)、數(shù)字回饋回路、 FPGA 等技術的高度數(shù)字化控制；電源的特性，包括優(yōu)先模式，都可以透過數(shù)字技術實現(xiàn)，因此無論是電壓優(yōu)先還是電流優(yōu)先，電源的基本功能區(qū)塊沒有差別。換言之，無論處于哪種模式之下，電源都不會切換不同的電路或通過不同路徑傳輸訊號；數(shù)字控制系統(tǒng)命令電源采取不同的運作方式來實現(xiàn)電壓優(yōu)先或電流優(yōu)先。因此，如果你顧慮過沖問