丨四象限功放電源
四象限功放電源用于模擬車(chē)輛的電池供電和和復(fù)雜供電失真。一個(gè)四象限源可以提供正負(fù)電壓以及正負(fù)電流在任何組合，它在任何電壓下都可以輸出電流，還可以吸收從外部來(lái)源提供的電流。
四象限應(yīng)用場(chǎng)景
· 第一象限（正電壓、正電流）：在此模式下，作為正電源工作，輸出正電壓與正電流，為被測(cè)設(shè)備提供能量。廣泛應(yīng)用于各種需要恒壓或恒流供電的測(cè)試場(chǎng)景，如器件、部件的測(cè)試。
· 第二象限（正電壓、負(fù)電流）：處于此模式時(shí)，它轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N特殊的負(fù)載形態(tài)，即“吸收模式”。此時(shí)，設(shè)備能夠接受外部設(shè)備提供的負(fù)電壓，并主動(dòng)吸收正向流入的電流。這種模式在電池放電測(cè)試、容性負(fù)載測(cè)試中應(yīng)用廣泛。
· 第三象限（負(fù)電壓、負(fù)電流）：與第一象限相反，源表在此模式下輸出負(fù)電壓與負(fù)電流，同樣作為電源使用，但能量流動(dòng)方向與正電源相反。這種模式在特定應(yīng)用場(chǎng)景下尤為重要，如負(fù)電壓偏置電路的測(cè)試、反向電流特性的研究等。
· 第四象限（負(fù)電壓、正電流）：與第二象限類(lèi)似，但電壓與電流的方向相反。在實(shí)際應(yīng)用中較為少見(jiàn)，疊加交流紋波可能會(huì)出現(xiàn)這一應(yīng)用場(chǎng)景。
丨直流電流和交流電流
為什么有的被試品在直流狀態(tài)下電流很小，而在疊加交流模式下電流很大？
上圖是一款試品做疊加交流測(cè)試的波形圖，參數(shù)設(shè)置為：供電電壓為11V，疊加交流幅度：4V Vpp，頻率：10Hz~30kHz。圖中粉色波形是電壓波,綠色是電流波(電流波中的尖峰是由于試品中的電機(jī)突然啟動(dòng)導(dǎo)致)。
可以看到在輸出直流電壓時(shí)，電流幾乎為零。隨著交流頻率增大，電流迅速增大。在1.5kHz附近電流達(dá)到極值后又開(kāi)始下降。
丨電容特性
疊加交流時(shí)，負(fù)載電流增大是典型的容性負(fù)載特性。電容器的復(fù)阻抗為：
一個(gè)2200μF的電解電容，在1.5kHz時(shí)的阻抗大約是0.05Ω。
電解電容的ESR是其在疊加紋波測(cè)試時(shí)損壞的主要原因。
試品電源輸入端的電容通常為電解電容。頻率越高，電解電容容量越小，且因?yàn)榧纳姼械木壒?，大多?shù)電解電容的復(fù)阻抗Z會(huì)在1.5kHz附近達(dá)到極小值。所以測(cè)試過(guò)程電流在1.5kHz達(dá)到極大值。
丨電感特性
疊加交流時(shí)，在頻率升高時(shí)試品處的交流電壓幅度會(huì)降低，這是由于測(cè)試線的電感帶來(lái)的影響。
一根長(zhǎng)L的單導(dǎo)線，半徑是R，它的電感用L0表示的話那么L0=μ0×L×（In2L/R-0.75)/2π。真空磁導(dǎo)率μ0=4π10-7。
假設(shè)測(cè)試線長(zhǎng)度為1m，半徑為2mm=0.002m，則可算出導(dǎo)線的電感L0=1.2μH。正負(fù)端共兩根導(dǎo)線?？傠姼袨?.4μH。在50Hz頻率下電感的阻抗 Z=2πfL=0.75mΩ。在25kHz頻率下電感的阻抗 Z=2πfL=375mΩ。疊加的正弦波頻率越高，測(cè)試線對(duì)的阻抗也就越大，和試品負(fù)載形成分壓也就越大，所以高頻段試品端測(cè)量到的交流幅度會(huì)變低。
丨疊加交流測(cè)試的變化
早期版本的ISO 16750-2標(biāo)準(zhǔn)，疊加交流測(cè)試項(xiàng)目，規(guī)定了電壓幅度、起始頻率、以及發(fā)生器內(nèi)阻。從上面的幻燈片我們已知：在25kHz頻率下測(cè)試線的阻抗 Z=375mΩ，而在50Hz頻率下Z=0.75mΩ，僅是測(cè)試線的等效阻抗已經(jīng)不能保證內(nèi)阻在50~100mΩ之間。所以也不能保證加到試品處的交流幅度。
沒(méi)有規(guī)定電流的限值，也沒(méi)有閉環(huán)的需求，可能會(huì)導(dǎo)致不同測(cè)試設(shè)備帶來(lái)的差異性。2臺(tái)發(fā)生器，一臺(tái)電流100A，一臺(tái)30A。如果在某個(gè)頻點(diǎn)，被試品的電流需要50A，這種情況下30A的發(fā)生器可能會(huì)過(guò)流限幅從而導(dǎo)致試驗(yàn)可比性差。如果不監(jiān)測(cè)電壓波和電流波就沒(méi)辦法判斷問(wèn)題點(diǎn)。
ISO 16750-2-2023標(biāo)準(zhǔn)疊加交流測(cè)試項(xiàng)目，規(guī)定了電壓幅度、起始頻率，沒(méi)有要求發(fā)生器內(nèi)阻，但規(guī)定了電流限值。這樣可以有效地保證加到試品上的能量。
在距離試品<10cm處測(cè)試波形，排除了測(cè)試線帶來(lái)的損耗。通過(guò)測(cè)量試品處波形，發(fā)生器補(bǔ)償直到試品處參數(shù)達(dá)到要求。
丨交流幅頻特性
在高頻模式下，測(cè)試線的等效阻抗很高，如果試品是容性負(fù)載，分壓很低，則發(fā)生器實(shí)際發(fā)出的紋波幅度要很高才能達(dá)到測(cè)試需求，發(fā)生器的實(shí)際輸出可能會(huì)落到負(fù)壓段，也就是可能會(huì)工作在第四象限。
某款發(fā)生器正弦波的幅度Vpp最高為10V(200kHz),按照2根1m的測(cè)試線計(jì)算，導(dǎo)線在200kHz的阻抗Zl=Z=2πfL=6.28*0.2*2.4=3Ω。極限峰值電流Ipp=Vpp/3=3.3A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到ISO 16750-2 2023的交流紋波測(cè)試的電流需求。
丨源阻抗
某些廠家的設(shè)備輸出電流標(biāo)定100A，源阻抗最大可達(dá)500mΩ。如果此阻抗是真實(shí)的，則電阻實(shí)際消耗的功率P=I*I*R=100*100*0.5=5000w。這么大的功率如果內(nèi)置于設(shè)備，散熱都很難做。這種應(yīng)該是虛擬內(nèi)阻。
虛擬內(nèi)阻可以做到很大的設(shè)置范圍，但虛擬內(nèi)阻只適合靜態(tài)響應(yīng)需求。對(duì)于動(dòng)態(tài)響應(yīng)高的場(chǎng)合完全不適用，設(shè)置內(nèi)阻的目的是動(dòng)態(tài)的限流，而虛擬內(nèi)阻無(wú)法滿足這一需求。
如何驗(yàn)證內(nèi)阻是否真實(shí)地：設(shè)定內(nèi)阻后,不論帶什么負(fù)載(電阻、電容、二極管、TVS管、各種組合)，輸出分壓和理論值一致，則是真實(shí)的內(nèi)阻。
丨內(nèi)阻測(cè)試
設(shè)置交流電壓10V，外接純電阻負(fù)載：輸出波形分壓比例符合理論值。
測(cè)試內(nèi)阻是真實(shí)的還是虛擬的不應(yīng)該用直流模式測(cè)試，而應(yīng)該用交流模式測(cè)試。直流模式是靜態(tài)，軟件模擬很容易實(shí)現(xiàn)。
設(shè)置交流電壓10V，外接10歐姆的電阻串二極管:內(nèi)阻設(shè)置為4歐姆（尖峰是由切換內(nèi)阻的繼電器造成的）。
丨內(nèi)阻驗(yàn)證案例 1
某國(guó)產(chǎn)設(shè)備，設(shè)定輸出電壓5V，內(nèi)阻分別設(shè)為0.01和0.1歐姆空載和帶5歐姆負(fù)載測(cè)試輸出電壓。用萬(wàn)用表測(cè)試空載電壓為4.82V，帶5歐姆負(fù)載，不論內(nèi)阻選擇多少，實(shí)測(cè)電壓均為4.62V。按照1A電流計(jì)算，設(shè)備實(shí)際內(nèi)阻約為0.2歐姆。內(nèi)阻切換沒(méi)有任何實(shí)際效果。此設(shè)備連虛擬的內(nèi)阻都沒(méi)有。
丨內(nèi)阻驗(yàn)證案例 2
某款設(shè)備在直流狀態(tài)下，用案例1的測(cè)試方式驗(yàn)證，內(nèi)阻和設(shè)定值一致，于是用疊加交流的方式+容性負(fù)載驗(yàn)證。
疊加交流時(shí)帶電容負(fù)載，看電壓/電流幅度變化：
疊加Vpp為4V的正弦波，頻率1kHz，帶47μF的電解電容，電流峰峰值為1.26A。此時(shí)改變內(nèi)阻，從0變到500mΩ，輸出電壓波和電流波均無(wú)任何變化，可以斷定內(nèi)阻只有直流狀態(tài)下才有。
丨突然帶載能力驗(yàn)證 1
某款設(shè)備，設(shè)定電壓：0V升到10V，帶0.5Ω負(fù)載，測(cè)試設(shè)備突然帶載能力。實(shí)測(cè)電壓波形和電流波形過(guò)沖嚴(yán)重，超過(guò)幅度的50%。這種過(guò)沖可能會(huì)導(dǎo)致試品損壞。
丨突然待在能力驗(yàn)證 2
某款設(shè)備，設(shè)定電壓：0V過(guò)壓至40V，帶0.5Ω電阻作為負(fù)載。實(shí)測(cè)高壓處波形有振蕩，這種高頻振蕩可能會(huì)帶來(lái)測(cè)試的不確定性。
丨帶容性負(fù)載問(wèn)題
某設(shè)備空載方波上升沿3μs左右，帶5500μF電容后上升變?yōu)?00μs左右，但波形過(guò)沖嚴(yán)重導(dǎo)致有負(fù)電流，大約1ms才能穩(wěn)定下來(lái)。電壓上升過(guò)程，導(dǎo)入恒流狀態(tài)，且改變電流設(shè)定值不能改變輸出電流，一直以最大電流恒流。最大電流就是30A，沒(méi)有過(guò)流沖擊的能力。改變內(nèi)阻也不能改變輸出電流的大小。
丨疊加交流帶容性負(fù)載問(wèn)題
交流50kHz, Vpp 2V，帶10μF電容，電壓波(粉色)畸形。
交流250kHz, Vpp 2V，帶10μF電容，電壓波(粉色)自激振蕩。
丨瞬態(tài)電流案例
用一款電流30A的可編程電源給某個(gè)試品供電，電壓14V，負(fù)載常態(tài)電流18A左右。試品的電機(jī)突然啟動(dòng)時(shí)瞬態(tài)電流44A，持續(xù)時(shí)間100ms左右，電源電壓波動(dòng)2V，導(dǎo)致試品報(bào)錯(cuò)。
丨瞬態(tài)（峰值）電流意義
上面兩個(gè)表格是兩個(gè)廠商的可編程電源的持續(xù)電流和瞬態(tài)電流參數(shù)，瞬態(tài)電流都是持續(xù)電流的3倍以上。瞬態(tài)電流的意義可以提供短時(shí)的大電流、保證電壓不降，試品可以正常工作。
如何驗(yàn)證瞬態(tài)電流?可以接電阻負(fù)載測(cè)試。例如表格1中電源輸出持續(xù)電流100A，峰值電流300A，可以設(shè)置一個(gè)10V~30V過(guò)壓的波形，過(guò)壓時(shí)間200ms，負(fù)載電阻0.1Ω。這樣可以驗(yàn)證是不是可以3倍過(guò)流且時(shí)間能不能達(dá)到200ms。
丨沖擊電流驗(yàn)證
用電阻作負(fù)載驗(yàn)證過(guò)流，電阻功率需要很大。也可以用電容作為負(fù)載驗(yàn)證電源是否可以輸出這么大電流。
設(shè)定10V，帶10000μf電容，按下test on，電流峰值160A(藍(lán)色)。可以證明該電源短時(shí)電流達(dá)不到300A。
