電源測試儀器不再僅僅是直流輸出設備。與它們所連接的產品一樣，電源也在不斷發展，能夠與PC接口、模擬電池和太陽能電池等電源，并執行測試序列。單個儀器的功率從最低30 W到最高60 kW不等，電壓可高達2000 V，電流輸出可達到1000 A。電源是復雜的儀器。

　　直流電源概述

　　圖1展示了直流電源的基本電路模塊。變壓器將交流電源與其余電路進行隔離。變壓器根據電源所需的最大直流輸出電壓，對交流電壓進行升壓或降壓。整流電路模塊將變壓器的交流電壓轉換為單極交流電壓。接下來，濾波模塊將單極交流電轉換為帶有波紋效應的不完美直流電壓。穩壓器將輸出電壓調整至所需水平，并進一步過濾，以確保輸出為恒定的直流電壓。

　　偏離理想輸出

　　直流電源的輸出不一定總能提供用戶編程的精確輸出。制造商會根據元件的公差來定義直流輸出的精度。制造商還可能指定溫度系數，以增加輸出公差。造成直流輸出低于編程值的另一個原因是，在高電流負載下，電源內部各個元件的內阻會使電壓下降。制造商將這一現象稱為負載調節，即滿量程電壓的百分比誤差。要全面確定直流電源的輸出精度，需要將負載調節誤差與輸出精度相加。

　　直流電源的輸出也會存在噪聲。所有與電子元件相關的電子運動及其與原子的碰撞都會產生噪聲。此外，交流電源的狀態、電磁干擾(EMI)和接地線上的雜散電流也會在電源輸出中引入噪聲。無論設計多么優秀，直流電源的輸出都會存在噪聲。

　　電源拓撲

　　電源拓撲主要有兩種類型：線性和開關模式設計。線性設計中的電流在電路中持續流動，其優點是噪聲低且復雜性低，但效率不高。線性電源的效率通常低于60%。而開關模式電源的效率可達到90%左右，但其復雜性和輸出噪聲都要高得多。較高的噪聲是由于晶體管作為開關以千赫茲的頻率快速開關電源。開關模式電源使用的變壓器比同功率的線性電源要小且輕。因此，雖然這兩種拓撲都適用于低功率電源，但開關模式電源幾乎總是用于設計功率超過500 W的電源。

　　直流電源的版本

　　大多數電源是單極儀器，工作在第一象限(正電壓和正電流)。雙極輸出電源則工作在第一和第四象限。其輸出電壓可以是正值或負值，而電流始終為正值。第三種類型的電源可以在第一和第二象限工作，稱為雙向電源。在第一象限中，該電源作為直流電壓源;在第二象限中，它吸收電流并作為電子負載工作。因此，雙向電源結合了兩種儀器的性能：直流電源和直流電子負載。見圖2。

　　控制直流輸出

　　除了對輸出進行濾波以提供無波紋的直流輸出外，穩壓器還保持輸出電壓在編程水平。我們可以將穩壓器電路建模為反饋放大器，如圖3所示。輸出電壓感測電路監控輸出電壓，并將其反饋至誤差/功率放大器。誤差/功率放大器根據放大器輸入端電壓差的極性來提高或降低其輸出。

　　當負載電流較小的時候，監測直流電源輸出端子的電壓是足夠的。小負載電流下，導線上的電壓降是微不足道的。然而，在大負載電流下，導線上的電壓降可能會很大，此時施加在負載上的電壓低于編程輸出電壓：

　　如果電源設計為四線連接，即兩根導線供電給負載，兩根導線感測負載電壓，則電源會對負載的較低電壓進行修正。圖3b展示了連接到負載的四線連接。

　　輸出電壓感測電路具有高輸入阻抗，因此它抽取的電流可以忽略不計。在感測導線上的電壓降微不足道的情況下，電壓感測電路可以測量負載上的實際電壓，并將該電壓反饋給電源的誤差/功率放大器。放大器會將輸出電壓提高至 2?VLead，以補償源導線上的電壓降。這一特性被稱為遠程感測，確保施加在負載上的電壓為期望值。使用四線連接可以確保負載電壓的更高精度。

　　輸出特性選項

　　電源可以通過不同的方法向其負載提供電力。典型的電源將具有矩形的輸出I-V特性。該電源的輸出可以是該矩形內的任何電壓和電流值。圖4中的粗藍線展示了具有矩形I-V輸出特性的直流電源。第二種供電方式稱為自動調節。具有自動調節I-V輸出特性的直流電源，其輸出具有矩形輸出和雙曲線輸出的組合。自動調節特性可以提供比同功率的矩形輸出電源更寬的負載電流范圍，有時還會提供更寬的電壓范圍。圖4中黑色和紅色的曲線就是自動調節輸出特性的一個例子。自動調節特性允許沿紅色曲線的所有點進行全功率輸出，而矩形輸出僅在其最大電壓和電流下提供全功率。

　　創新的直流電源

　　直流電源是設計和測試所有電子設備的必備工具。電子產品的廣泛變化導致了電源類型和功能的多樣化。

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