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雜供電失真。一個(gè)四象限源可以提供正負電壓以及正負電流在任何組合，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，為被測設備提供能量。廣泛應用于各種需要恒壓或恒流供電的測試場(chǎng)景，如器件、部件的測試。
· 第二象限（正電壓、負電流）：處于此模式時(shí)，它轉變?yōu)橐环N特殊的負載形態(tài)，即“吸收模式”。此時(shí)，設備能夠接受外部設備提供的負電壓，并主動(dòng)吸收正向流入的電流。這種模式在電池放電測試、容性負載測試中應用廣泛。
· 第三象限（負電壓、負電流）：與第一象限相反，源表在此模式下輸出負電壓與負電流，同樣作為電源使用，但能量流動(dòng)方向與正電源相反。這種模式在特定應用場(chǎng)景下尤為重要，如負電壓偏置電路的測試、反向電流特性的研究等。
· 第四象限（負電壓、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)際應用中較為少見(jiàn)，疊加交流紋波可能會(huì )出現這一應用場(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試的波形圖，參數設置為：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突然啟動(dòng)導致)。
可以看到在輸出直流電壓時(shí)，電流幾乎為零。隨著(zhù)交流頻率增大，電流迅速增大。在1.5kHz附近電流達到極值后又開(kāi)始下降。
丨電容特性
疊加交流時(shí)，負載電流增大是典型的容性負載特性。電容器的復阻抗為：
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，且因為寄生電感的緣故，大多數電解電容的復阻抗Z會(huì )在1.5kHz附近達到極小值。所以測試過(guò)程電流在1.5kHz達到極大值。
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，這是由于測試線(xiàn)的電感帶來(lái)的影響。
一根長(cháng)L的單導線(xiàn)，半徑是R，它的電感用L0表示的話(huà)那么L0=μ0×L×（In2L/R-0.75)/2π。真空磁導率μ0=4π10-7。
假設測試線(xiàn)長(cháng)度為1m，半徑為2mm=0.002m，則可算出導線(xiàn)的電感L0=1.2μH。正負端共兩根導線(xiàn)?？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，測試線(xiàn)對的阻抗也就越大，和試品負載形成分壓也就越大，所以高頻段試品端測量到的交流幅度會(huì )變低。
丨疊加交流測試的變化
早期版本的ISO 16750-2標準，疊加交流測試項目，規定了電壓幅度、起始頻率、以及發(fā)生器內阻。從上面的幻燈片我們已知：在25kHz頻率下測試線(xiàn)的阻抗 Z=375mΩ，而在50Hz頻率下Z=0.75mΩ，僅是測試線(xiàn)的等效阻抗已經(jīng)不能保證內阻在50~100mΩ之間。所以也不能保證加到試品處的交流幅度。
沒(méi)有規定電流的限值，也沒(méi)有閉環(huán)的需求，可能會(huì )導致不同測試設備帶來(lái)的差異性。2臺發(fā)生器，一臺電流100A，一臺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)流限幅從而導致試驗可比性差。如果不監測電壓波和電流波就沒(méi)辦法判斷問(wèn)題點(diǎn)。
ISO 16750-2-2023標準疊加交流測試項目，規定了電壓幅度、起始頻率，沒(méi)有要求發(fā)生器內阻，但規定了電流限值。這樣可以有效地保證加到試品上的能量。
在距離試品<10cm處測試波形，排除了測試線(xiàn)帶來(lái)的損耗。通過(guò)測量試品處波形，發(fā)生器補償直到試品處參數達到要求。
丨交流幅頻特性
在高頻模式下，測試線(xiàn)的等效阻抗很高，如果試品是容性負載，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到測試需求，發(fā)生器的實(shí)際輸出可能會(huì )落到負壓段，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的測試線(xiàn)計算，導線(xiàn)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，遠遠達不到ISO 16750-2 2023的交流紋波測試的電流需求。
丨源阻抗
某些廠(chǎng)家的設備輸出電流標定100A，源阻抗最大可達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置于設備，散熱都很難做。這種應該是虛擬內阻。
虛擬內阻可以做到很大的設置范圍，但虛擬內阻只適合靜態(tài)響應需求。對于動(dòng)態(tài)響應高的場(chǎng)合完全不適用，設置內阻的目的是動(dòng)態(tài)的限流，而虛擬內阻無(wú)法滿(mǎn)足這一需求。
如何驗證內阻是否真實(shí)地：設定內阻后,不論帶什么負載(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)的內阻。
丨內阻測試
設置交流電壓10V，外接純電阻負載：輸出波形分壓比例符合理論值。
測試內阻是真實(shí)的還是虛擬的不應該用直流模式測試，而應該用交流模式測試。直流模式是靜態(tài)，軟件模擬很容易實(shí)現。
設置交流電壓10V，外接10歐姆的電阻串二極管:內阻設置為4歐姆（尖峰是由切換內阻的繼電器造成的）。
丨內阻驗證案例 1
某國產(chǎn)設備，設定輸出電壓5V，內阻分別設為0.01和0.1歐姆空載和帶5歐姆負載測試輸出電壓。用萬(wàn)用表測試空載電壓為4.82V，帶5歐姆負載，不論內阻選擇多少，實(shí)測電壓均為4.62V。按照1A電流計算，設備實(shí)際內阻約為0.2歐姆。內阻切換沒(méi)有任何實(shí)際效果。此設備連虛擬的內阻都沒(méi)有。
丨內阻驗證案例 2
某款設備在直流狀態(tài)下，用案例1的測試方式驗證，內阻和設定值一致，于是用疊加交流的方式+容性負載驗證。
疊加交流時(shí)帶電容負載，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，可以斷定內阻只有直流狀態(tài)下才有。
丨突然帶載能力驗證 1
某款設備，設定電壓：0V升到10V，帶0.5Ω負載，測試設備突然帶載能力。實(shí)測電壓波形和電流波形過(guò)沖嚴重，超過(guò)幅度的50%。這種過(guò)沖可能會(huì )導致試品損壞。
丨突然待在能力驗證 2
某款設備，設定電壓：0V過(guò)壓至40V，帶0.5Ω電阻作為負載。實(shí)測高壓處波形有振蕩，這種高頻振蕩可能會(huì )帶來(lái)測試的不確定性。
丨帶容性負載問(wèn)題
某設備空載方波上升沿3μs左右，帶5500μF電容后上升變?yōu)?00μs左右，但波形過(guò)沖嚴重導致有負電流，大約1ms才能穩定下來(lái)。電壓上升過(guò)程，導入恒流狀態(tài)，且改變電流設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。改變內阻也不能改變輸出電流的大小。
丨疊加交流帶容性負載問(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，負載常態(tài)電流18A左右。試品的電機突然啟動(dòng)時(shí)瞬態(tài)電流44A，持續時(shí)間100ms左右，電源電壓波動(dòng)2V，導致試品報錯。
丨瞬態(tài)（峰值）電流意義
上面兩個(gè)表格是兩個(gè)廠(chǎng)商的可編程電源的持續電流和瞬態(tài)電流參數，瞬態(tài)電流都是持續電流的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。
如何驗證瞬態(tài)電流?可以接電阻負載測試。例如表格1中電源輸出持續電流100A，峰值電流300A，可以設置一個(gè)10V~30V過(guò)壓的波形，過(guò)壓時(shí)間200ms，負載電阻0.1Ω。這樣可以驗證是不是可以3倍過(guò)流且時(shí)間能不能達到200ms。
丨沖擊電流驗證
用電阻作負載驗證過(guò)流，電阻功率需要很大。也可以用電容作為負載驗證電源是否可以輸出這么大電流。
設定10V，帶10000μf電容，按下test on，電流峰值160A(藍色)。可以證明該電源短時(shí)電流達不到300A。
