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双极电源运行电压范围

2012年10月19日
安捷伦的Bob Zollo讨论了用于电路测试应用的双极电源的种类及其优缺点。

在前一篇文章中,我写了关于通过配备极性反转继电器的标准单极直流电源产生负电压的文章(参见“用继电器将正电压变为负电压”).这种方法适用于某些应用,即那些需要离散测试条件(有时为正,有时为负)的应用。

对于这种应用,极性反转继电器提供了一种廉价的方式来产生所需的正/负电压。然而,这些继电器也有三个显著的限制:极性反转继电器操作期间的电源中断,无法提供小的正、负电压,以及增加的测试执行时间。

什么是双极电源?

双极电源克服了这些限制。最重要的是,它可以从一对端子同时提供正电压和负电压。没有继电器来切换极性,所以双极电源可以平稳地从正、零电压移动到负电压。它还可以调节零电压或其他非常小的电压。有效地,双极电源是大型直流耦合功率放大器。事实上,它们有时被称为双极功率放大器。

通常,双极电源称为四象限电源。举个例子,双极电源的输出电压和电流的轨迹被绘制在一组轴上图1.请注意,双极电源可以产生正电压和负电压,以及正电流和负电流。因此,电源将在四个象限内的任何地方工作——因此,“四象限电源”绰号。


1.四象限双极电源可以产生正、负输出和电流。

相比之下,标准直流电源只产生正电压。因此,它是一个单极电源供电工作在只有一个象限(只有正电压和正电流)。

两个象限对四个象限

有些电源只在两个象限内工作图2.它们总是产生正电压,但也可以产生电流(正电流)或吸收电流(负电流)。这种电源特别适合于电池或电池充电电路的测试,因为这涉及到电流来源(例如,给电池充电)和下沉电流(例如,给电池放电)。


2.除了四象限双极电源供应是一象限和二象限单极电源选择。这些选择更适合某些应用,如电池测试。

双极电源应用程序

通常,双极电源比常规电源提供更高的带宽,这意味着它可以快速地从一个电压转换到另一个电压。因此,当测试需要产生快速信号时,例如窄脉冲,一些工程师会选择双极电源。

对于这个测试,双极电源只在象限1中工作(正电压,正电流),但所需的特性是双极的速度。普通的单极直流电源可以产生100毫秒的脉冲宽度,高性能的单极直流电源可以产生1毫秒的脉冲宽度,而双极电源通常可以达到亚毫秒的脉冲宽度。

由于双极电源产生正、负电压和电流,它们是测试磁性和感应设备(如电机、电感器、磁铁、线圈和磁传感器)的理想选择。它们也非常适合产生在正负压之间摆动的信号,以模拟传感器的输出。

此外,双极电源可以用来测试电池。在电池测试中,电压永远不会变成负的,这意味着只需要双极电源的四个象限中的两个。

另一个应用涉及到太阳能电池的测试。当被照亮时,太阳能电池成为一个电源。因此,它需要一个电子负载来吸收太阳能电池板的输出能量。

对于一个太阳能电池测试,双极电源可以吸收电流,并作为象限2的电子负载(电压是正的,电流是负的)。然而,另一个重要的测试是关于太阳能电池暗电流的测量图3.在这个测试中,没有光被放置在太阳能电池和一个反向(负)电压被放置在面板上。电流将流入面板,这允许评估太阳能电池的内阻和二极管特性。


3.当测量暗电流的太阳能电池,双极电源产生负电压,并迫使太阳能电池板进入反向偏置条件。

使用双极电源,测试可以在太阳能电池板产生功率和双极电源作为电子负载的情况下向前运行。随后,可以进行暗电流测试,双极电源产生负电压,迫使太阳能电池板进入反向偏置状态。

总结

双极电源似乎是理想的电源,因为它可以提供从正到零到负的任何电压。然而,它确实存在一些局限性。首先,由于设计的复杂性,这些电源通常比单极直流电源贵得多。

第二,标准单极直流电源可以充分处理大多数直流电源应用,因此大多数电源制造商不提供广泛的双极电源。因此,找到正确的双极电源可能是困难的。因此,双极电源往往只能作为特殊产品(例如,在低功率或大功率电源下的非常高精度的源测量单元)。

第三,大多数双极电源是线性的。因此,他们是相当大和沉重的,特别是在高功率。

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