【導(dǎo)讀】有一個常見問題：“電源的 CV 按鈕或 CC 按鈕在哪里？”答案是“沒有這樣的按鈕”，因?yàn)殡娫茨Ｊ绞怯韶?fù)載電阻決定的。一旦所提供的電流達(dá)到電流設(shè)置，電源會從 CV 模式切換為 CC 模式。那CV 模式和 CC 模式究竟是什么？
大部分實(shí)驗(yàn)室都把直流電源當(dāng)作恒壓/恒流（CV/CC）電源使用。記住，電源是一個反饋系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)特定參數(shù)的調(diào)節(jié)。在恒壓（CV）條件下，電源的反饋控制環(huán)路可以調(diào)節(jié)電壓。在恒流（CC）條件下，電源的反饋控制環(huán)路可以調(diào)節(jié)電流。
所以，當(dāng)您使用 CV/CC 電源時，意味著電源在 CV 模式下運(yùn)行，會根據(jù)編程設(shè)定的電壓設(shè)置來調(diào)節(jié)恒壓，直到負(fù)載消耗足夠的電流，達(dá)到可編程控制的電流設(shè)置。這種可編程的電流設(shè)置通常稱為電流限制。
一旦所提供的電流達(dá)到電流設(shè)置，電源會從 CV 模式切換為 CC 模式。在 CC 模式下，電源根據(jù)編程設(shè)定的電流值調(diào)節(jié)恒定電流；電壓將開始下降，因?yàn)樗巡辉偈潜徽{(diào)節(jié)的參數(shù)。相反，如果電源在 CC 模式下調(diào)節(jié)恒定電流，它會繼續(xù)如此操作，直到負(fù)載兩端電壓爬升到設(shè)定值。然后，電源將進(jìn)行模式切換，由 CC 模式轉(zhuǎn)換為 CV 模式。在 CV 模式下，電源將按照上述方式再次開始調(diào)壓。
這里解釋了一個常見問題：“電源的 CV 按鈕或 CC 按鈕在哪里？”答案是“沒有這樣的按鈕”，因?yàn)殡娫茨Ｊ绞怯韶?fù)載電阻決定的。在高電阻或開路情況下，流過電源的電流非常小或者沒有電流經(jīng)過，電源為 CV 模式。與此類似，在低電阻或短路情況下，大量電流流過電源，電源處于 CC 模式（圖 1）。
圖1 直流電源的輸出特性顯示了驅(qū)動 CV 或 CC 模式的負(fù)載電阻（RLOAD）值。
優(yōu)先模式介紹
我們介紹下一個概念：優(yōu)先模式。除了 CV 和 CC 模式以外，電源還可同時具有電壓優(yōu)先和電流優(yōu)先模式。優(yōu)先模式控制電源的特性。在電壓優(yōu)先模式下，電源的電壓控制環(huán)路具有優(yōu)先權(quán)。當(dāng)今市場上的大多數(shù)電源僅具有電壓優(yōu)先功能，不能提供電流環(huán)路優(yōu)先模式。事實(shí)上，這種情況非常普遍，大多數(shù)工程師甚至從來沒有意識到還有優(yōu)先模式存在，他們只是期望自己的 CV/CC 電源具有電壓優(yōu)先模式。
需要注意的是，優(yōu)先模式與 CV 和 CC 無關(guān)。電壓優(yōu)先模式下的電源可以是 CC 或 CV。同樣，電流優(yōu)先模式下的電源也可以是 CV 或 CC。優(yōu)先模式只是對電源從 CV 切換到 CC 或從 CC 切換到 CV 的特性進(jìn)行了界定。
那么，優(yōu)先模式的意義是什么？下面將解釋各優(yōu)先模式的電源特征。
電壓優(yōu)先模式
電壓優(yōu)先模式啟動時，初始電壓設(shè)為 0 V，電流設(shè)為電流設(shè)置值。由于是處在電壓優(yōu)先模式下，因此 CV 環(huán)路具有優(yōu)先權(quán)，電源以恒壓啟動，電壓為調(diào)節(jié)后的參數(shù)。電壓從 0 V 開始，逐漸上升到 CV 環(huán)路調(diào)節(jié)下的電壓設(shè)定值，表現(xiàn)良好，具有快速的電壓上升時間和最小的過沖性能。
如果負(fù)載為高阻抗，那么 RLOAD >（電壓設(shè)置/電流設(shè)置），電源保持為 CV，對電壓進(jìn)行干凈的調(diào)節(jié)，電流將流入負(fù)載。隨著電壓達(dá)到設(shè)定電壓值，電壓過沖的情況很少或者從不出現(xiàn)，因?yàn)殡娫磿﹄妷哼M(jìn)行干凈的調(diào)節(jié)。
圖2 啟動時的電壓優(yōu)先模式特性能導(dǎo)致 CV 到 CC 轉(zhuǎn)換中的電流過沖
如果為低阻抗負(fù)載，則 RLOAD <（電壓設(shè)置/電流設(shè)置），電壓將以 CV 模式開始工作，不過低負(fù)載阻抗意味著電壓無法達(dá)到設(shè)置值。相反，源電流會迅速到達(dá)電流設(shè)置值，轉(zhuǎn)換為 CC，電壓將崩潰。在 CV 模式到 CC 模式的短暫轉(zhuǎn)換中，CC 環(huán)路取得優(yōu)先權(quán)，其需要一些時間將電流調(diào)節(jié)為電流設(shè)置值。這會導(dǎo)致短暫的電流控制不穩(wěn)，從而進(jìn)一步產(chǎn)生電流過沖（圖 2）。
簡言之，在電壓優(yōu)先模式下，電壓表現(xiàn)出良好的特性，只有極少量的過沖。但是，從 CV 模式到 CC 模式的交叉轉(zhuǎn)換過程中，電流有可能過沖，因?yàn)榇藭r電流調(diào)節(jié)沒有獲得優(yōu)先權(quán)。
電流優(yōu)先模式
現(xiàn)在我們看看電流優(yōu)先模式。在以電流優(yōu)先模式啟動時，電流最初設(shè)為 0 A，電壓設(shè)為電壓設(shè)置值。由于是在電流優(yōu)先模式下，所以 CC 環(huán)路具有優(yōu)先性，因此電源以 CC 模式啟動，電流為調(diào)節(jié)后的參數(shù)。電流從 0 A 開始，然后在 CC 環(huán)路調(diào)節(jié)下逐漸上升至編程設(shè)定的電流值，以便得到干凈、良好的性能，同時擁有快速電流上升時間和最小過沖。
如果為低阻抗負(fù)載，則 RLOAD <（電壓設(shè)置/電流設(shè)置），電源將保持在 CC 模式下，干凈地調(diào)節(jié)電流。隨著電流達(dá)到設(shè)定電流值，電流過沖的情況很少或者從不出現(xiàn)，因?yàn)殡娫磿﹄娏鬟M(jìn)行干凈的調(diào)節(jié)。
如果為高阻抗負(fù)載，則 RLOAD >（電壓設(shè)置/電流設(shè)置），電源將保持在 CC 模式下，但高負(fù)載阻抗意味著電源無法使足夠的電流流過負(fù)載。通過高負(fù)載阻抗的任何電流將在負(fù)載上產(chǎn)生高電壓，電源會迅速達(dá)到電壓設(shè)置值，然后轉(zhuǎn)換到 CV。
在 CC 模式到 CV 模式短暫的轉(zhuǎn)換期中，CV 環(huán)路取得優(yōu)先權(quán)，其有機(jī)會將電壓調(diào)節(jié)為電壓設(shè)置值。這會導(dǎo)致短暫的電壓控制不穩(wěn)，有可能產(chǎn)生電壓過沖（圖 3）。
圖3 啟動時的電流優(yōu)先模式特性能夠?qū)е?CC 到 CV 轉(zhuǎn)換時的電壓過沖
簡言之，在電流優(yōu)先模式下，電流表現(xiàn)出良好的特性，只有極少量的過沖。但是，從 CC 模式向 CV 模式轉(zhuǎn)換時，電壓有可能過沖，因?yàn)榇藭r電壓調(diào)節(jié)沒有獲得優(yōu)先權(quán)。
總結(jié)
雖然優(yōu)先模式曾經(jīng)通過模擬設(shè)計實(shí)現(xiàn)，但現(xiàn)代的電源都是采用數(shù)字信號處理（DSP）、數(shù)字反饋環(huán)路、FPGA 等技術(shù)的高度數(shù)字化控制電源。電源的特性，包括優(yōu)先模式，都可以通過數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)，因此，無論是電壓優(yōu)先還是電流優(yōu)先，電源的原理框圖沒有區(qū)別。換言之，無論處于哪種模式之下，電源都不會切換不同的電路或通過不同路徑傳輸信號。數(shù)字控制系統(tǒng)命令電源采取不同的操作來實(shí)現(xiàn)電壓優(yōu)先或電流優(yōu)先。
因此，如果您對過沖比較關(guān)注，那么可以選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)先模式。在電壓過沖必須最小的情況下，例如偏置到低電壓處理器或 FPGA 的內(nèi)核時，應(yīng)使用電壓優(yōu)先模式。如果需要盡量減少電流過沖，或者您的被測器件為低阻抗器件，例如在對電池充電或驅(qū)動包含大電容的系統(tǒng)時，應(yīng)使用電流優(yōu)先模式。
文章來源于電子技術(shù)設(shè)計。
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