电源线路和负载调节以及级联考量因素

对于电源来说，要保持稳定的输出，重要的是无论输入电压、连接的设备或负载如何变化，都要确保它能维持一个指定的输出。线路调节是指电源在输入电压变化的情况下维持其输出电压的能力。这在电源的输入源不稳定或电源没有线路调节的情况下尤为重要，因为可能会造成较大的输出摆幅。

直流电源将交流输入电源转换为所需的直流输出电平。一些直流电源需要从辅助电源获得额外的功率，来达到所需的输出电平。需要辅助电源的电源通常会公开线路调节信息，但没有其他说明。因此，如果一个特定的电源没有公布线路调节规格，您也无需担忧。

线路调节涉及电源与其输入电压有关的稳定性，而负载调节是电源在其负载发生变化的情况下维持恒定输出电平的能力。例如，如果将一个10 W的电源设置为在恒定电压模式下输出10 V，那么无论它输出的是1 mA还是1 A的电流，都应该维持10 V的电压。负载调节是从电源整体输出能力来看，对输出可能发生的变化程度的衡量。另外，在恒流模式下，负载调节是指输出电流的变化量与电压降变化之间的关系。

如前所述，不同的负载条件会对可编程直流电源是否能够按预期运行产生影响。当向容性、感性和反向电流负载供电时，应十分谨慎。使用不当会导致输出信号振铃或电源损坏。电源信号中的振铃是在电源试图从电流突然变化引起的瞬态中恢复时，我们不希望出现的一种输出电压振荡。振铃会影响系统的稳定性，导致测量时间增加；如果振荡峰值足够高，甚至可能会损坏连接的电路。下方提供了不同负载条件下的一般准则。若有疑问，请参考电源文档，了解更多信息。

^{图1.瞬态响应如果不稳定或太慢，会影响测量时间和精度。}

容性负载

一般来说，电源在驱动容性负载时可保持稳定，但某些负载会导致设备的瞬态响应出现振铃。电源的边沿斜率是输出电压作为时间函数的最大变化率，与瞬态响应直接相关。在使用电源驱动电容器时，边沿斜率的上限为输出电流上限除以总负载电容的值，如下图所示。

使用边沿斜率公式，可以看到，负载电容越大，输出电压的变化就越慢。如果瞬态响应太慢，测量时间可能会受到负面影响，因为您必须等待系统稳定后才能进行精确测量。然而，如果边沿斜率太高，就会发生振铃。此外，在其他负载条件下，通常使用电容器来抑制振铃。

感性负载

当以恒定电压模式驱动感性负载时，电源通常会保持稳定。如果感性负载由以恒定电流模式运行的电源驱动，特别是在较高的电流范围内，电源会变得不稳定。在这些情况下，增加输出电容可能有助于改善系统的稳定性。

一些电源具有一种用户可编程的输出电容选项，使用户能够选择一个较高的电容设置，以便减少振铃的机会。另外，也可以提供一个与负载并联的外部电容，来抑制振铃。在驱动感性负载时，用于减少振铃的典型电容值为0.1~10 μF。然而，正如上节所述，电容越大，输出响应越慢。因此，应该使用所需的最小电容来减少振铃的影响。通常情况下，我们希望输出电压能尽快从瞬态中恢复，从而限制电路接收预期外电压电平的时间。系统越快恢复到稳定的输出电平，就能越快地进行测量，从而缩短整体测试时间。更多信息请参见电源文档。

反向电流负载

有源负载偶尔可能会向电源传递反向电流。如果反向电流被施加到电源输出端，那么并非专为四象限运行而设计的电源可能会受到损坏。反向电流可能会导致电源进入一种不受控模式。为了规避反向电流，可以使用泄放负载来预加载设备的输出。理想情况下，泄放负载应从设备中吸取与有源负载可能传递给电源的相同的电流量。 

图2.使用泄放负载来保护电源免受反向电流可能造成的损害。

例如，假设电源在恒定电压模式下工作，向一个能产生30 mA反向电流的有源负载提供10 V电压。在这种情况下，并联电阻充当泄放负载，预加载电源输出。泄放电阻的值应使电源输出流出的电流大于或等于有源负载产生的反向电流。用10 V除以30 mA可得出应使用333 Ω的预载电阻，才可有效地匹配反向电流，防止对电源造成损坏。

选择具有重载保护的硬件

正如前几节所述，了解设备和测试环境的负载条件十分重要，但也可以选择一些硬件，以便在发生意外时帮助您保护投资。 NI PXI可编程电源包含通道输出保护、辅助电源输入保护和过热保护等功能。

通过级联一个多通道电源或多个电源的输出，可以提高输出的电压和电流。有时，应用需要更大的电压或电流，一个电源的单个通道无法输出。级联电源通道可以扩展输出的电压和电流功能，但在扩展时，应特别小心，因为如果操作不当，很容易对电源或用户造成损害。 

级联电源通道以增加电压输出

如果电源提供隔离输出，或者有多个隔离电源可用，那么可以通过串联级联通道，轻松扩展最大电压输出范围。要从一个电源或多个电源级联多个隔离通道，可将通道串联起来，如图3所示。供应给负载的最终电压将等于各个通道电压的总和。

^{图3.通过级联隔离电源通道来增加输出电压。}

重要提示：当级联电源通道时，要确保每个引脚和设备地之间的电压都小于最大指定隔离电压。例如，如果设备的隔离规范规定，每个通道与地面的隔离电压最高为60 VDC，那么每个引脚与地面之间的电压应该小于60 VDC。不遵守此规范会损坏设备且/或为用户带来伤害。

NI PXI可编程电源提供具有隔离输出的通道，因此能够以串联的形式级联多个通道，从而生成更大的输出电压。有关如何整合输出通道的详细信息和建议，请参见相关文档和产品规范文档。

级联电源通道以增加电流输出

如果电源提供隔离输出，或者有多个隔离电源可用，那么可以通过并联通道，轻松扩展最大电流输出范围。要从一个电源或多个电源级联多个隔离通道，来增加电流输出，可将通道并联起来，如图4所示。电源供应给负载的最终电流将等于各个通道电流的总和。

^{图4.通过级联隔离电源通道来增加输出电流。}

• 线路调节是电源在输入线路电压变化的情况下维持其输出电压的能力。
• 负载调节是在负载变化的情况下，电源输出保持不变的能力。
• 当向容性、感性和反向电流负载供电时，应十分谨慎。使用不当会导致输出信号振铃或电源损坏。
• 电源信号中的振铃是在电源试图从电流突然变化引起的瞬态中恢复时，我们不希望出现的一种输出电压振荡，这可能会增加测试时间，高电压峰值甚至还会损坏连接的电路。
• 电源的边沿斜率是输出电压作为时间函数的最大变化率。
• 如果感性负载由以恒定电流模式运行的电源驱动，增加输出电容可能有助于提高系统的稳定性。
• 反向电流可能会导致电源进入一种不受控模式，并可能造成损坏。要规避反向电流，可以使用泄放负载来预加载设备的输出。
• 通过级联一个多通道电源或多个电源的输出，可以提高输出的电压和电流。
• 当级联电源通道时，要确保每个引脚和设备地之间的电压都小于最大指定隔离电压。
• 负载电流描述了可以通过先前关闭的继电器而不造成损坏的电流量。另一方面，开关电流是指当开关连接或断开接触时，可以流经开关而不造成损坏的最大额定电流。