为什么需要进行校准? 不同的校准程序
在可调型电源中,输出是由参考电压设置的,这就是需要校准的电压。多年来,电源一直是采用电位器来设置其输出的,有些电源至今仍然如此。但是,机械式电位器往往会产生漂移。在许多电源中www.cechina.cn,数字电位器已经取代了机械式电位器,从而改善了稳定性。
新型电源设计使用数模转换器(DAC)从产生自面板或外部通信总线的数字信号来生成电压。DAC的输出变成了用于控制电源输出的参考电压。DAC的稳定性优于电位器,但仍需进行初始和定期性校准。与以往基于电位器的电源不同,基于DAC的可编程电源不需要为进行校准而打开机箱。
由于元件容差的缘故,即使是由同一条装配线组装而成的设备,对于一个给定的参考电压,它们的输出电压也不会完全相同。为了对这些差异进行补偿,对于相同的输出设置值,每个电源的DAC都必须产生一个略有不同的参
考电压。电源的处理器使用校正因数(被称为“校准常数”)来改变DAC的输入,而这又将改变其输出。制造商通过在校准期间对电源的输出进行测量的方法来计算这些常数。据Xantrex公司工程主管Mark Edmunds称:该公司的电源在校准之前的准确度在2%(典型值)以内www.cechina.cn,而在应用了校准常数之后则达到了0.5%以内。
用于可编程电源的测试装置包括一个隔离变压器、一个可变AC电源、开关、负载、一个DMM(数字万用表)和一台用于实现程序自动化的计算机(图1)。有些制造商还采用了一台示波器CONTROL ENGINEERING China版权所有,用来测量输出纹波和噪声(如需了解更多信息控制工程网版权所有,您可以下载用于Kepco和Xantrex公司制造的电源的详细测试设置配置图)。
采用隔离变压器可消除接地环路,该环路会引起误差并影响安全性。可变电源可使工程师和技术人员在电源的AC电压上限和下限对其进行测试,这就是所谓的“输入电压调整率测试”。通过采用可编程电子负载,制造商就可以把同一种测试装置用于各种电源模型(见附文:“负载也需要校准”)。有些测试装置还包含一个AC电源分析仪,从而使工程师能够在已知的功率条件下进行电源测试。例如:Xantrex公司的Edmunds就采用了一个AC电源分析仪,用于记录一个UUT(被测设备)的AC输入的输入电压、电流、功率和功率因数。
不过,电源校准和测试装置中的关键仪器却是DDM。DDM负责测量电源的输出电压,并通过测量一个分流电阻器两端的电压来测量其输出电流。电源制造商应采用一个分辨率至少为51/2位的台式DMM,因为它们需要检测小幅电压CONTROL ENGINEERING China版权所有,比如:从30V中检出1mV。不过,有些制造商采用61/2位分辨率的DMM,而Agilent Technologies公司则采用了其81/2位分辨率的DMM。
测试装置中的开关具有多种功能。自动化校准装置需要用开关把负载连接至UUT。其他开关可以将DMM和示波器连接至电源的输出端。有些DMM包括开关,这些开关能够把它们连接至一个UUT的输出端或负载。Kepco公司的工程师们制作了一个包括开关的测试夹具,以实现负载和仪器的连接;这些开关可通过一个IEEE488端口进行编程。
双显示器可用于测量输出电压和电流。面板控制器和通信总线能够控制系统电源的输出。
尽管测试装置相似,但电源制造商所采用的电压电平和负载条件校准程序却各不相同。有些制造商对单极电源进行两点校准,其条件是供电电压为0V和满度值。其他的制造商则在10%和90%的满度设置值条件下进行两点校准,并由此来计算增益和偏移校准常数(mX+b)。
不过,两点校准并不是一种普遍的做法。Elgar公司应用工程师Lyle Hilden说:“我们对自己的Sorensen低功率DC电源产品线采用了五点校准。我们在10%、25%、50%、75%和90%的满度设置值条件下测量电压,然后对每个电源应用了五个校准常数。与两点校准相比,五点校准在线性方面有所改善。”
Elgar公司对电源的恒定电压和恒定电流模式均进行了五点校准。
对于双极输出电源,执行两点校准的制造商将增加第三个点。B+K Precision公司的技术人员Nick Karafotis指出,他对双极电源进行了三点(即:0V、正满度和负满度)校准。如果有要求,Karafotis将在其他设置值上进行测量。“有些客户需要校准数据。对于那些需要校准数据的客户,我们将在多个点上检查电源的输出。例如:对于一个0V~30V