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R&S®Essentials | 电源基础知识

了解恒定电压和恒定电流

作者:Paul Denisowski,测试与测量专家

下文将介绍台式直流电源的恒定电压和恒定电流模式的差别。

用户一般会先配置台式直流电源的输出电压,而在大部分情况下电源会在 恒定电压模式下操作,因为无论附加负载如何,电源均能提供相同的恒定电压。

根据欧姆定律,输出电流取决于附加负载的电阻,不由用户直接配置或指定。但是,大多数台式直流电源提供可由用户配置的“电流”设置,下文对此进行了说明。

如何避免电流过大?

现代台式电源通常会监测输出,并实时确定负载汲取的电流量。负载电阻降低时,可能会出现过高和/或意外的大电流。大电流一般会损坏或损毁负载,需要防止出现这种情况。

电源可以采用两种方法解决这个问题:

  • “过电流保护”(或“电子保险丝”):如果电源感应到超出电流阈值,就会禁用或“关断”输出。尽管关断输出可以保护负载,但有时并不希望彻底关闭电源。
  • “恒定电流模式”:降低电压,从而使电流降低到阈值以下。

什么是恒定电流模式?

电源配置的电流值设置最大允许电流或电流限值,但不会控制输出电流或将输出电流设为低于此阈值。恒定电流模式降低输出电压,从而将输出电流保持在最大值以下。

在许多情况下,电源进入恒定电流模式时会显示视觉提示,例如更改显示颜色或显示“CC”图标。电源根据回读电流值进入和退出恒定电流模式,用户无法通过按钮或设置切换此模式。

示例:恒定电流模式如何工作?

1. 电源输出配置为 10 V,电流限值为 1.5 A。如果负载电阻为 10 Ω,根据欧姆定律确定电源输出为 1 A,低于电流限值。

2. 如果电阻增加至 20 Ω,电压保持 10 V,则电流下降至 0.5 A。

3. 如果电阻下降至 5 Ω,电压保持 10 V,则电流将增加至 2 A,会超出限值。

4. 电源会进入恒定电流模式并将输出电压降低至 7.5 V,输出电流将限制为配置的最大值 1.5 A。如果负载电阻再次下降至 3 Ω,电源会再次将输出电压降低至 4.5 V,确保将输出电流限制为 1.5 A。

5. 电压在“恒定电压”模式下保持恒定,电流在“恒定电流”模式下保持恒定。

恒定电压,恒定电流,恒定电阻

电压、电流或电阻需要保持固定,具体视应用而定。CV、CC 和 CR 模式可保证这一点。

恒定电压 (CV) 模式下,输出电压保持为设置值(例如 5 V),电流则在设置的电流限值范围内根据被测设备特性而变。所有罗德与施瓦茨电源还支持 恒定电流 (CC) 模式,每个信道均可单独配置。在此模式下,预先设置的恒定电流流入被测设备,输出电压则持续变化,会相应降低或升高以确保电流保持设置值。电源用作电子负载时,还可以采用 恒定电阻 (CR) 模式。在此模式下,电源在整个负载范围内类似于恒定电阻,并可由用户进行设置。这样可以利用恒定负载电阻模拟电池放电行为。

如果被测设备的负载电流较低且电流消耗低于设置的电流限值,电源将默认在 CV 模式下运行。电压调节为恒定值,电流则依负载而变。如果负载电流较高,且负载试图消耗超出所设电流限值的电流,电源会默认将电流限制为设置值,并在 CC 模式下运行。电流经过调节,电压视负载而定。

总结

  • 大多数台式直流电源通常会在恒定电压 (CV) 模式下工作:
    • 用户输入所需的输出电压
    • 输出电流取决于负载电阻(根据欧姆定律)
  • 恒定电流 (CC) 模式可用于防止负载的输出电流过大。
    • 用户输入最大允许的输出电流
    • 电源自动降低输出电压,确保输出电流低于此限值。
  • 电源根据回读电流值切换 CV 和 CC 模式。

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