可編程電源通過DAC調(diào)節(jié)電壓時，通常支持多種控制模式，以滿足不同應(yīng)用場景的需求（如恒壓輸出、恒流輸出、動態(tài)掃描、序列控制等）。以下從控制模式分類、設(shè)置方法、典型應(yīng)用及注意事項四個維度，系統(tǒng)闡述如何配置DAC實現(xiàn)不同控制模式。

一、DAC調(diào)節(jié)電壓的常見控制模式

1. 恒壓模式（CV Mode）

• 原理：
  • DAC輸出電壓作為反饋環(huán)路的參考值，電源通過誤差放大器調(diào)整輸出電壓，使其與DAC設(shè)定值一致。
  • 示例：
    • DAC輸出2.5V，電源將輸出電壓穩(wěn)定在 $2.5V\times \text{增益}$（如增益為4時，輸出10V）。
• 應(yīng)用場景：
  • 電池充電、電子負(fù)載測試、傳感器供電。

2. 恒流模式（CC Mode）

• 原理：
  • DAC輸出電壓控制電流采樣電阻的壓降，電源通過反饋環(huán)路調(diào)整輸出電壓，使電流達(dá)到設(shè)定值。
  • 示例：
    • DAC輸出1V，對應(yīng)電流設(shè)定值 $\frac{1V}{0.1\Omega }=10A$（假設(shè)采樣電阻為0.1Ω）。
• 應(yīng)用場景：
  • LED驅(qū)動、電機(jī)測試、短路保護(hù)。

3. 動態(tài)掃描模式

• 原理：
  • DAC按預(yù)設(shè)時間序列輸出不同電壓值，實現(xiàn)電壓的動態(tài)變化（如階梯波、三角波）。
  • 示例：
    • 每100ms將DAC輸出從0V線性增加到5V，模擬電壓爬升過程。
• 應(yīng)用場景：
  • 芯片老化測試、電源紋波測試、材料擊穿測試。

4. 序列控制模式

• 原理：
  • DAC按用戶定義的序列（如電壓值+持續(xù)時間）循環(huán)輸出，實現(xiàn)復(fù)雜測試流程。
  • 示例：
    • 序列1：5V@1s → 序列2：3.3V@0.5s → 序列3：0V@0.1s，循環(huán)100次。
• 應(yīng)用場景：
  • 自動化測試系統(tǒng)、多步驟工藝控制。

5. 遠(yuǎn)程編程模式

• 原理：
  • 通過通信接口（如USB、LAN、GPIB）實時更新DAC輸出值，實現(xiàn)遠(yuǎn)程動態(tài)控制。
  • 示例：
    • 使用Python腳本通過SCPI命令發(fā)送 VOLT 3.0，DAC輸出對應(yīng)電壓值。
• 應(yīng)用場景：
  • 遠(yuǎn)程實驗室控制、工業(yè)自動化產(chǎn)線。

二、控制模式的設(shè)置方法

1. 硬件配置

• DAC輸出范圍：
  • 根據(jù)電源增益設(shè)置DAC輸出范圍（如增益為4時，DAC輸出0~3V對應(yīng)輸出0~12V）。
• 反饋環(huán)路設(shè)計：
  • 恒壓模式：DAC輸出接電壓反饋環(huán)路。
  • 恒流模式：DAC輸出接電流采樣電阻的反饋端。

2. 軟件設(shè)置

• 參數(shù)配置：
  • 恒壓模式：設(shè)置電壓設(shè)定值（如 VOLT 5.0）。
  • 恒流模式：設(shè)置電流設(shè)定值（如 CURR 2.0）。
  • 動態(tài)掃描：配置掃描步長、時間間隔（如 VOLT:STEP 0.1, TIME 0.1）。
  • 序列控制：定義序列表（如 LIST:VOLT 5.0,3.3,0.0; LIST:TIME 1.0,0.5,0.1）。
• 通信協(xié)議：
  • 使用SCPI命令或廠商SDK，通過USB/LAN發(fā)送配置指令。

3. 示例代碼（Python + PyVISA）

python

import pyvisa



# 初始化電源

rm = pyvisa.ResourceManager()

power_supply = rm.open_resource('USB0::0x1AB1::0x0E11::DS1Z00000000::INSTR')



# 恒壓模式設(shè)置

power_supply.write('VOLT 5.0')  # 設(shè)置輸出電壓5V

power_supply.write('CURR 1.0')  # 設(shè)置限流1A



# 動態(tài)掃描模式

for voltage in [0, 1, 2, 3, 4, 5]:

power_supply.write(f'VOLT {voltage}')

time.sleep(0.1)  # 等待100ms



# 序列控制模式

sequence = [

{'volt': 5.0, 'time': 1.0},

{'volt': 3.3, 'time': 0.5},

{'volt': 0.0, 'time': 0.1}

]

for step in sequence:

power_supply.write(f'VOLT {step["volt"]}')

time.sleep(step["time"])

三、不同控制模式的典型應(yīng)用

四、設(shè)置時的注意事項

1. 模式切換延遲：
   • 模式切換時（如CV→CC），需等待反饋環(huán)路穩(wěn)定（通常<100ms），避免輸出振蕩。
2. 保護(hù)機(jī)制：
   • 恒流模式下需設(shè)置過壓保護(hù)（OVP），防止負(fù)載開路時電壓過高。
   • 恒壓模式下需設(shè)置過流保護(hù)（OCP），防止負(fù)載短路時電流過大。
3. DAC分辨率與精度：
   • 高精度應(yīng)用（如半導(dǎo)體測試）需選擇16位或20位DAC，分辨率<1mV。
4. 動態(tài)響應(yīng)：
   • 動態(tài)掃描模式下，DAC建立時間需<10μs，確保電壓變化無延遲。
5. 通信穩(wěn)定性：
   • 遠(yuǎn)程編程時，確保通信接口（如USB）帶寬足夠，避免指令丟失。

五、總結(jié)與直接建議

1. 核心設(shè)置邏輯：
   • 恒壓模式：DAC輸出→電壓反饋環(huán)路→穩(wěn)定輸出電壓。
   • 恒流模式：DAC輸出→電流采樣電阻→反饋環(huán)路→穩(wěn)定輸出電流。
   • 動態(tài)/序列模式：DAC按預(yù)設(shè)時間序列輸出，實現(xiàn)復(fù)雜波形或流程。
2. 直接建議：
   • 恒壓/恒流切換：優(yōu)先選擇支持自動切換的電源（如Keysight E36300系列）。
   • 動態(tài)掃描：使用高分辨率DAC（如AD5791，20位），分辨率<12μV。
   • 序列控制：通過SCPI命令定義序列，支持循環(huán)次數(shù)和延時設(shè)置。
   • 遠(yuǎn)程編程：使用LAN接口（如LXI協(xié)議）替代USB，提升通信穩(wěn)定性。
3. 典型應(yīng)用示例：
   • 電池測試：恒壓模式充電（DAC輸出4.2V）→恒流模式放電（DAC輸出1A）。
   • LED老化：動態(tài)掃描模式（DAC輸出0~3V，步長0.1V，時間10s）。

通過合理配置DAC和控制模式，可編程電源可滿足從實驗室到工業(yè)現(xiàn)場的多樣化需求，實現(xiàn)高精度、高靈活性、高可靠性的電壓調(diào)節(jié)。