怎樣為自動(dòng)化測試系統選擇合適的直流電源

　　用于測試電路板、模塊或設備的每個(gè)自動(dòng)化測試系統都需要一個(gè)或多個(gè)直流電源，用于給待測設備提供電源并提供測試激勵。在有些情況下，電源不僅要向待測設備提供電源，而且要通過(guò)模擬工作環(huán)境提供測試激勵源。舉例來(lái)說(shuō)，雖然大多數汽車(chē)電子設備工作在標稱(chēng)12VDC,但最大輸入電壓可能高達27VDC.正因為如此，一些汽車(chē)標準要求對12VDC器件進(jìn)行高達27VDC的極限測試。諸如此類(lèi)的必要性決定了電源要求。下面讓我們看看在為自動(dòng)化測試系統選擇電源時(shí)需要考慮的常用電源規范有哪些?

　　線(xiàn)性電源還是開(kāi)關(guān)電源?

　　在購買(mǎi)直流電源時(shí)首先要做出的決定是選擇線(xiàn)性電源還是開(kāi)關(guān)電源。線(xiàn)性電源具有較低的紋波和噪聲，并且具有快速的瞬態(tài)行為。但它們效率低，會(huì )產(chǎn)生大量熱量，而且很重。因此大多數工程師發(fā)現只是在較低輸出功率電平(一般500W以下)時(shí)比較合意。大多數線(xiàn)性直流電源是臺式電源。

　　圖1:基本線(xiàn)性電源。

　　對線(xiàn)性臺式電源來(lái)說(shuō)，一個(gè)非常適合的應用是測試通信設備，比如無(wú)線(xiàn)電或移動(dòng)電話(huà)或雷達系統的解調模塊。這些設備具有非常靈敏的鑒頻器或解調器電路，這些電路在低噪聲系數下才能發(fā)揮理想的性能。為了測試這些單元的真實(shí)性能，我們需要確保直流電源不會(huì )給測試裝置增加任何寄生噪聲。由于線(xiàn)性電源具有比開(kāi)關(guān)電源更低的輸出紋波和噪聲，因此它們是這類(lèi)應用的較好選擇。

　　當功率要求較低時(shí)，線(xiàn)性電源也是個(gè)很好的選擇。開(kāi)關(guān)電源的主要好處只能在較高輸出功率電平才能表現出來(lái)。因此，在每個(gè)直流輸出通道的功率要求不超過(guò)100W至200W的應用中使用線(xiàn)性直流電源比較劃算。

　　從這一點(diǎn)來(lái)看，考慮系統中所有直流通道的總輸出功率非常重要。如果系統中有4個(gè)或4個(gè)以下的通道，而且功率要求比較低，那么比較明智的選擇是以19英寸機架安裝套件形式提供的4個(gè)線(xiàn)性電源。

　　如果系統要求更多的輸出通道，或更高的輸出功率，那么使用開(kāi)關(guān)電源是更好的選擇。開(kāi)關(guān)電源可以提供比線(xiàn)性電源更高的功率密度。通過(guò)使用開(kāi)關(guān)電源，你可以擁有12VDC輸出，并能以相同的機架安裝結構提供高達4000W的功率。開(kāi)關(guān)電源要比線(xiàn)性電源更容易控制，而每通道的成本差不多。

　　即使在要求低紋波和噪聲輸出的應用中，開(kāi)關(guān)電源也不只是更有效率。最近功率電子領(lǐng)域中的發(fā)展(如零開(kāi)關(guān))，極大地改進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源的紋波和噪聲性能。當你同樣認為開(kāi)關(guān)電源比線(xiàn)性電源更加靈活、并且能夠提供更高的功率密度時(shí)，那么它們將成為除少數應用外幾乎所有應用的首選。

　　圖2:線(xiàn)性電源與開(kāi)關(guān)電源的噪聲譜。

　　瞬態(tài)響應

　　瞬態(tài)響應是衡量電源應對電流需求變化或負載阻抗變化能力的一個(gè)指標。對許多應用來(lái)說(shuō)這是一個(gè)很重要的指標。

　　當輸出電流需求在一個(gè)很短的時(shí)間內顯著(zhù)增加或減少時(shí)，輸出電壓也可能發(fā)生顯著(zhù)的下降或上升。電源內部電壓控制環(huán)路試圖將輸出保持在設定電壓值，但響應不是立即發(fā)生的。

　　為了得到更快的瞬態(tài)響應，有時(shí)不得不勉強接受更大的紋波和噪聲。在可編程電源內部，需要在內部電壓控制環(huán)路和輸出濾波器之間進(jìn)行折衷。大的輸出濾波器可以限制紋波和噪聲，但會(huì )使電源更慢地響應快速變化的負載。非?？斓膬炔侩妷嚎刂骗h(huán)路雖然可以縮短瞬態(tài)響應時(shí)間，但可能造成上沖或下沖，進(jìn)而可能損壞待測設備(DUT)。

　　圖3: 開(kāi)關(guān)模式可編程直流電源的典型瞬態(tài)響應規格。

　　移動(dòng)電話(huà)測試是瞬態(tài)響應的典型應用案例。在該應用中，直流電源模擬移動(dòng)電話(huà)的內部電源。當話(huà)機開(kāi)始發(fā)送信號時(shí)，電流會(huì )很快上升。

　　對于話(huà)機的內部電池來(lái)說(shuō)這不是個(gè)問(wèn)題，但對于可編程開(kāi)關(guān)電源而言，這是一個(gè)比較困難的任務(wù)。在這種情況下線(xiàn)性電源是比開(kāi)關(guān)電源更好的一個(gè)選擇，因為這種應用的功率要求低，而線(xiàn)性電源的瞬態(tài)響應一般來(lái)說(shuō)比開(kāi)關(guān)電源要好。

　　然而測試汽車(chē)繼電器和熔絲又是另外一回事。對這種應用而言，可編程直流電源必須能夠在高達30VDC的條件下提供大的電流，而且典型的功率要求是5kW至10kW.在這種測試中，大的直流輸出電壓上沖可能損壞繼電器或熔絲。為了防止這種現象的發(fā)生，你肯定希望電源能夠控制直流輸出電流從零瞬變到最大輸出或從最大輸出瞬變到零輸出。

　　使用預負載是限制上沖和下沖的一種實(shí)用技術(shù)?？梢詫⒁粋€(gè)預負載與待測設備并聯(lián)在一起，這時(shí)可編程電源的直流輸出將限制電流變化率，從而顯著(zhù)減小直流電壓上沖和下沖的幅度。想像一下50%的電流流經(jīng)這個(gè)附加的預負載，另外50%的電流流經(jīng)待測設備。當待測設備產(chǎn)生100%電流需求時(shí)，電源只看到50%的電流需求變化。管理50%而不是100%的電流需求變化對電源來(lái)說(shuō)容易得多，而且幾乎消除了高壓上沖效應，因而避免了對待測設備的任何損壞可能。在本例中可以使用簡(jiǎn)單便宜的阻性負載作為預負載。任何比例都是好的。換句話(huà)說(shuō)，為了獲得瞬態(tài)響應和上沖規格的改善，這個(gè)新增負載吸收40%、50%還是60%的電流需求并不是關(guān)鍵。

　　圖4:使用預負載的測試方案示意圖。

　　使用預負載的缺點(diǎn)是要求兩倍的直流輸出電流。幸運的是，如果你使用AMETEK的開(kāi)關(guān)電源，額外功率要求的代價(jià)是相當便宜的。因此與專(zhuān)門(mén)的電源子系統來(lái)說(shuō)，針對這種特殊應用使用預負載是一種成本很低、實(shí)用性更強的方法。

　　圖5:開(kāi)關(guān)電源架構。

　　擺率

　　下一個(gè)需要考慮的規格參數是直流輸出電壓的壓擺率(上升和下降時(shí)間)。為了改善紋波和噪聲性能，直流可編程電源的輸出濾波器中會(huì )使用存儲大量能量的大電容。這個(gè)濾波器的充放電時(shí)間和待測設備的電流需求是決定電源壓擺率的主要因素。壓擺率基本上與所連的待測設備無(wú)關(guān)。

　　對于大多數AMETEK電源來(lái)說(shuō)，直流輸出上升時(shí)間對大部分應用而言是足夠快的。只需考慮直流輸出下降時(shí)間。下降時(shí)間不僅取決于可編程電源直流輸出端的內部LCR濾波網(wǎng)絡(luò )，而且取決于所連接的待測設備。如果與電源電流容量相比待測設備抽取的電流相對較小，那么輸出電容中存儲的能量在通過(guò)待測設備耗盡之前可能要花很長(cháng)的時(shí)間。如果待測設備的最小電流要求至少是電源容量的60%，那么存儲的能量將立即釋放掉，輸出電壓的下降時(shí)間是最短的。雖然如此，在大多數情況下直流輸出下降時(shí)間都要比直流輸出上升時(shí)間慢兩到三倍。

　　改善直流輸出上升時(shí)間的一種方法是選擇具有更高直流輸出范圍的可編程電源。例如，如果待測設備是與汽車(chē)相關(guān)的設備，一個(gè)30VDC的電源可以覆蓋所有測試應用，那就選擇一個(gè)60VDC的可編程電源，但只使用到30VDC.這樣做的理由是60VDC電源的輸出電容要比30VDC可編程電源的輸出電容小很多。兩種電源的輸出電壓從0V到滿(mǎn)刻度的時(shí)間是相等的。換句話(huà)說(shuō)，當觀(guān)察單位為V/ms的上升時(shí)間時(shí)，60VDC電源的上升時(shí)間要比30VDC電源快一倍。

　　為了改善直流輸出下降時(shí)間，可以在待測設備或電源的直流輸出端并聯(lián)一個(gè)預負載。不過(guò)要確保預負載和待測設備加在一起的總電流需求至少要達到可編程電源電流能力的65%。這個(gè)方法要求電源提供更多的功率，因為在相同輸出電流條件下要求更大的直流輸出電壓范圍。