保护可编程直流电源: 防止电感、电容和振荡负载的不利影响
连接直流电源与负载看似简单，但在某些复杂场景下可能充满挑战。尽管电源制造商设计产品时已确保其在多种负载下的稳定性，但某些负载特性仍可能带来风险，甚至损坏电源的输出级。感性负载、容性负载以及负载电流快速变化的负载可能引发振荡，危及电源和负载设备。此外，感性和容性负载会向电源反馈能量。本文将探讨直流电源可能面临的各类危险负载类型，并提供解决方案，以确保电源可靠运行并保护负载安全。
- 感性负载：
感性负载（如电机、螺线管和机电继电器）可能成为能量源，向电源反馈能量并造成损坏。当电压和电流施加到感性负载时，会建立磁场并储存势能。在电源断开时，磁场崩溃，产生反向极性的电压尖峰。这种反向电动势可能损坏电源的输出级。
为保护电源，可在电源输出端并联一个反向偏置二极管，称为续流二极管或飞轮二极管。当电源关闭时，该二极管为感性负载产生的电流提供通路，从而保护电源免受反向电动势冲击。
图 1. 采用反激式二极管来保护电源免受反电动势的影响。 - 容性负载：
容性负载（如超级电容、电容负载箱或滤波器）可能对电源产生危险的电压尖峰。与感性负载类似，容性负载储存势能。当电源电压低于负载上的电压时，负载会释放可能损坏电源的电流涌流。
为防护容性负载的反向电流流入电源，可在输出端串联一个二极管。该二极管在电源为负载供电时处于正向偏置，但当电源电压低于负载电压时转为反向偏置，从而阻断反向电流。
图 2. 串联二极管可保护电源免受电容性负载放电的影响。 - 电池负载：
作为电化学电源，若电池电压超过电源电压，可能损坏直流可编程电源。与容性负载类似，可通过串联二极管防护电池放电电流对电源的影响。
另一方面，若电池连接极性接反，直流可编程电源也可能损坏电池。在安全的电池测试系统中，需使用极性检测电路和接触器，以防止向错误连接的电池供电。
- 电源-负载电路振荡：
某些负载类型可能引起电源振荡，对电源和负载均造成潜在损害。高容性负载、感性负载及快速变化的负载特性可能导致系统不稳定。采用π型滤波器等滤波措施，可减轻高抗性负载和快速变化负载的影响。
此外，正确的接地技术对防止噪声地电流流入电源布线至关重要，这类电流可能引发不稳定。缩短电源与负载之间的连线并使用屏蔽线缆，也能降低从外部源拾取噪声的概率。
图 3.（关键要点）一个“π”型滤波器能够将电源与高频干扰隔离开来。
双向直流电源：
除了使用外部元件进行防护外，另一种解决方案是采用双向直流电源。这类电源能够安全地吸收和输送功率，适用于容性、感性及有源负载。 当直流测试电路在测试过程中需要交替实现源和负载功能时，双向电源具有较高的成本效益。
EA Elektro-Automatik PSB 10000是双向直流电源的典型代表，其集成了再生式电子负载和真自动量程功能。这种先进电源确保设备在宽泛的工作范围内全面提供源和吸功率的能力。凭借其再生式电子负载特性，PSB 10000 能安全吸收电能并高效回馈至电网，具有高度多功能性，适用于多种应用场景。
结论
连接直流电源与负载时，需仔细评估负载特性，以确保电源可靠运行并保护负载安全。感性和容性负载可能损坏电源，而电源-负载电路的振荡对双方均有害。
为建立稳定且安全的电源-负载电路，需理解负载特性并实施适当的防护措施，如添加反向偏置二极管、采用正确接地技术等。此外，双向电源为需要源和负载功能的应用提供了多功能解决方案。遵循这些建议，可确保直流电源在各种负载场景下高效、安全运行，防范潜在风险。
需深入了解直流电源防护的挑战与解决方案，请阅读白皮书《确保直流电源在任何负载电路中都能可靠安全地运行》。
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