《图一 电源供应器的命令处理与输出反应步骤》

现今，许多电子产品的自动化测试时间只有几秒钟而已，但系统式直流电源供应器可能​​就出乎意料地占掉了当中大部分的时间，因此若想达到最高的测试速度（test throughput），就得特别重视这个问题。尽管如此，一般在评估电源供应器时，都是以价格和输出功率做为选择标准，而不会从它对测试速度的影响层面来考量。电源供应器的命令处理时间、输出反应和稳定时间（settling time）、以及量测速度等因素都会影响整体的测试速度，许多供应器的速度之慢可能令人意想不到。有时候，或许选择价位较低的电源供应器，但却未必最符合经济效益。因此，在选购下一部系统式直流电源供应器的时候，仔细地评估其速度特性，并权衡测试时间成本，必定不会白费功夫，而能得到相当值回票价的结果。

系统式直流电源供应器输出反应速度

许多产品都需要在多种不同的直流偏压位准下进行测试，才能确保该产品在规格所订的操作范围内能够正确地运作。然而，进行多次的偏压位准变更加起来可能会多出数秒钟的时间，而占掉测试时间的一大部份。

当电源供应器的输出电压设定变更为一个新值时，会需要几个步骤，如(图一)所示，这些步骤全都会花掉一定长度的时间。

当电源供应器收到一个命令之后，必须要加以处理，这就是命令处理时间。接着，电源供应器的输出会做出反应，变更为新的设定值，而达到最终值（落在一个特定的稳定范围内）所需的时间则称为输出反应时间。

不同系统式直流电源供应器之间的差异有时相当地大，(表一)比较了两种电源供应器的命令处理与输出反应时间差异，一种是传统的系统式直流电源供应器，另一种则是速度经过最佳化设计的电源供应器，这里用的是Agilent N6750A系列直流电源供应模组，属于(图二)所示的N6700模组式电源系统系列，其快速的输出反应可将电压设定变更为新值所需的时间缩短数百毫秒之多。

电压下调整功能会影响输出反应时间

能够快速地往上和往下改变电压设定对测试速度的影响极大，因此需要特别留意调整的输出反应时间。许多电源供应器都需要靠DUT上的实际负载来拉低电压，当负载轻的时候，一些没有下调整功能（down programmer）的电源供应器可能​​要花上一秒的时间才能达到最终值。但特别为高速而设计的电源供应器则会内建一个下调整器，它是一种负载电路，可以快速地释放出电源供应器和DUT电容内的电力，在不需依靠DUT负载的情况下，快速地拉低电压。

反应速度会影响测试速度：汽车ECU的例子

《图二 Agilent N6700模块式电源系统》

汽车的电子控制器（Electronic Control Unit；ECU）需要在多种电压下进行测试，如(图三)所示。假设改用反应速度快的电源供应器可缩短200毫秒的输出反应时间，则以一个20秒的测试时间内需要改变电压15次的ECU来说，可缩短3秒的测试时间，也就是加快了15％的速度。这样的改善程度在汽车电子业界很容易证明其价值，也相当受欢迎。

系统式直流电源供应器量测速度

《图三 汽车ECU的主要偏压位准》

一般在测试时，几乎都会进行直流偏压电流量测，因为它可以立即找出有瑕疵的电子产品。在测试时，通常需要对产品进行好几项的偏压电流量测，加起来就会对测试速度造成相当大的影响。量测的准确度和速度之间往往只能选择一样，使得问题又变得更加复杂。

有三个步骤会影响量测的时间：

使用内建的量测系统

直接透过系统式直流电源供应器内部的电流读回（read-back）电路来进行量测是比较好的做法，因为使用分流器（shunt）和DMM从外部进行量测会造成电压下降，并且带来准确度和校准等问题。如果使用继电多工器（relay multiplexer），则会带来更多的误差以及切换时间上的延迟。今日的系统式直流电源供应器都会明确列出电流量测的效能，范围从基本准确度到超高准确度皆有，可合乎大多数应用的需求。

《图四 电流读回电路》

大部分通用型系统式直流电源供应器多采用传统的读回电路，如(图四)所示。使用这种传统的方法时，命令处理的时间会占最久，加起来大约会造成100毫秒的量测延迟。快速的ADC量测撷取和回传单一个读值所需的时间很短，往往不超过2毫秒，总共所花的时间通常被视为单一个指标。

就大部分（但不是全部）的状况而言，这种基本的方法可在准确度和速度之间提供适当的平衡，但对高波峰因数比（crest factor）的电流信号来说，例如数位行动电话的脉冲式电流吸汲方式，可能会出现量测稳定性（repeatability）的误差（或抖动）。进行几次量测后再加以平均计算可以改善这种误差，但也会增加相当多的测试时间。

可设定的积分时间提供快速又准确的量测结果

速度经过最佳化设计的系统式直流电源供应器的量测命令处理时间会短得多，有些为了提高效能，还提供可设定的量测积分时间功能，以取代固定式的ADC和低通滤波器，如图四所示，这种功能可以设定出足以媲美传统方式的快速量测撷取时间。另外，可设定的积分时间也可以用来抵销信号内的周期性杂讯和交流成份，只要以多一点点时间做为代价，就能改善量测效能。一个为人熟知的例子是在一个电源线周期（1PLC，16.7或20毫秒）的时间内进行积分运算，可以抵销交流电源线杂讯。安捷伦科技的许多系统式电源产品（包括N6760A系列直流电源供应模组）则采取有点不同的做法，这些产品具有可设定的取样周期和数位信号处理能力，可进行既快速又准确的量测。当量测撷取的积分时间可以设定以后，就需要将它列入整体的量测时间指标中一并考量。

量测速度会影响整体的测试速度

(表二)比较了传统的系统式直流电源供应器与速度经过最佳化设计的电源供应器（这里用的是Agilent N6760A系列直流电源供应模组）在量测命令处理与撷取时间上的差异。

将传统的系统式直流电源供应器换成量测速度经过最佳化设计的电源供应器，可将量测时间由100毫秒左右缩短为只要几毫秒而已，而在测试诸如ECU等一般需要量测好几个电流吸汲状况的产品时，可以省下0.5到1秒的时间，在测试速度的提升上相当值得。半导体元件的测试要求还会更高，其测试时间往往只有几秒钟或什至更短，完全不可能允许100毫秒如此长的量测时间。

结语

系统式直流电源供应器是少数几种需要同时提供电源并进行量测的仪器之一，因此对测试速度的影响往往比一般预期的来得大，必须要仔细地查验和估算其提供电源和进行量测的速度特性，才能评估它对测试速度的影响。改用专门针对速度做最佳化设计的系统式直流电源供应器可以缩短测试时间达数秒之多，同时提供快速又准确的量测结果。由于现今许多产品的测试时间往往只有几秒钟而已，因此若能在速度上有所提升很容易即可证明这项投资的效益，也是业者相当乐见的成效。 （作者任职于Agilent安捷伦科技）

延 伸 阅 读

随着数位技术的不断进步，各种电子系统均采用了各种高效能的计算积体电路，例如CPU、FPGA和记忆体等，并使得计算速度越来越高。由此出现的情况是：一方面系统的电源电流不断增加；而另一方面，由于这些元件采用了更为精细的制程，例如0.18μm的制造制程，工作电压也下降到将近1V。这种低电压大电流容易导致功率损耗，因此传统的开关电源已不能满足实际应用。相关介绍请见「视讯转换盒及通讯系统应用中分散式电源结构解决方案 」一文。 现今新的行动电话和笔记型电脑所采用的电源管理系统都运用了大量类比和数位控制功能，其设计方法五花八门，有的是将IC分割成不同的功能区块，有的则是使用单一颗混合信号IC来提供完整系统的功能。对工程师来说，要为新设计挑选及评估可能适用的电源管理系统并不是一件容易的事。你可在「 电源管理系统技术概述」一文中得到进一步的介绍。 本文将说明切换式电源供应器的传导性与幅射性电磁干扰，以及耐受度（CONDUCTED AND RADIATED EMISSION AND SUSCEPTIBILITY）的测试法规、方法，以提供给切换式电源供应器设计工程师及从事电磁相容（EMC）测试人员，使其具备相关EMC实验设立及执行程序知识。在「切换式电源供应器之EMC测量 」一文为你做了相关的评析。

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