可编程电源通过DAC调节电压时，通常支持多种控制模式，以满足不同应用场景的需求（如恒压输出、恒流输出、动态扫描、序列控制等）。以下从控制模式分类、设置方法、典型应用及注意事项四个维度，系统阐述如何配置DAC实现不同控制模式。

一、DAC调节电压的常见控制模式

1. 恒压模式（CV Mode）

• 原理：
  • DAC输出电压作为反馈环路的参考值，电源通过误差放大器调整输出电压，使其与DAC设定值一致。
  • 示例：
    • DAC输出2.5V，电源将输出电压稳定在 $2.5V\times \text{增益}$（如增益为4时，输出10V）。
• 应用场景：
  • 电池充电、电子负载测试、传感器供电。

2. 恒流模式（CC Mode）

• 原理：
  • DAC输出电压控制电流采样电阻的压降，电源通过反馈环路调整输出电压，使电流达到设定值。
  • 示例：
    • DAC输出1V，对应电流设定值 $\frac{1V}{0.1\Omega }=10A$（假设采样电阻为0.1Ω）。
• 应用场景：
  • LED驱动、电机测试、短路保护。

3. 动态扫描模式

• 原理：
  • DAC按预设时间序列输出不同电压值，实现电压的动态变化（如阶梯波、三角波）。
  • 示例：
    • 每100ms将DAC输出从0V线性增加到5V，模拟电压爬升过程。
• 应用场景：
  • 芯片老化测试、电源纹波测试、材料击穿测试。

4. 序列控制模式

• 原理：
  • DAC按用户定义的序列（如电压值+持续时间）循环输出，实现复杂测试流程。
  • 示例：
    • 序列1：5V@1s → 序列2：3.3V@0.5s → 序列3：0V@0.1s，循环100次。
• 应用场景：
  • 自动化测试系统、多步骤工艺控制。

5. 远程编程模式

• 原理：
  • 通过通信接口（如USB、LAN、GPIB）实时更新DAC输出值，实现远程动态控制。
  • 示例：
    • 使用Python脚本通过SCPI命令发送 VOLT 3.0，DAC输出对应电压值。
• 应用场景：
  • 远程实验室控制、工业自动化产线。

二、控制模式的设置方法

1. 硬件配置

• DAC输出范围：
  • 根据电源增益设置DAC输出范围（如增益为4时，DAC输出0~3V对应输出0~12V）。
• 反馈环路设计：
  • 恒压模式：DAC输出接电压反馈环路。
  • 恒流模式：DAC输出接电流采样电阻的反馈端。

2. 软件设置

• 参数配置：
  • 恒压模式：设置电压设定值（如 VOLT 5.0）。
  • 恒流模式：设置电流设定值（如 CURR 2.0）。
  • 动态扫描：配置扫描步长、时间间隔（如 VOLT:STEP 0.1, TIME 0.1）。
  • 序列控制：定义序列表（如 LIST:VOLT 5.0,3.3,0.0; LIST:TIME 1.0,0.5,0.1）。
• 通信协议：
  • 使用SCPI命令或厂商SDK，通过USB/LAN发送配置指令。

3. 示例代码（Python + PyVISA）

python

import pyvisa



# 初始化电源

rm = pyvisa.ResourceManager()

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



# 恒压模式设置

power_supply.write('VOLT 5.0')  # 设置输出电压5V

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



# 动态扫描模式

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应用

四、设置时的注意事项

1. 模式切换延迟：
   • 模式切换时（如CV→CC），需等待反馈环路稳定（通常<100ms），避免输出振荡。
2. 保护机制：
   • 恒流模式下需设置过压保护（OVP），防止负载开路时电压过高。
   • 恒压模式下需设置过流保护（OCP），防止负载短路时电流过大。
3. DAC分辨率与精度：
   • 高精度应用（如半导体测试）需选择16位或20位DAC，分辨率<1mV。
4. 动态响应：
   • 动态扫描模式下，DAC建立时间需<10μs，确保电压变化无延迟。
5. 通信稳定性：
   • 远程编程时，确保通信接口（如USB）带宽足够，避免指令丢失。

五、总结与直接建议

1. 核心设置逻辑：
   • 恒压模式：DAC输出→电压反馈环路→稳定输出电压。
   • 恒流模式：DAC输出→电流采样电阻→反馈环路→稳定输出电流。
   • 动态/序列模式：DAC按预设时间序列输出，实现复杂波形或流程。
2. 直接建议：
   • 恒压/恒流切换：优先选择支持自动切换的电源（如Keysight E36300系列）。
   • 动态扫描：使用高分辨率DAC（如AD5791，20位），分辨率<12μV。
   • 序列控制：通过SCPI命令定义序列，支持循环次数和延时设置。
   • 远程编程：使用LAN接口（如LXI协议）替代USB，提升通信稳定性。
3. 典型应用示例：
   • 电池测试：恒压模式充电（DAC输出4.2V）→恒流模式放电（DAC输出1A）。
   • LED老化：动态扫描模式（DAC输出0~3V，步长0.1V，时间10s）。

通过合理配置DAC和控制模式，可编程电源可满足从实验室到工业现场的多样化需求，实现高精度、高灵活性、高可靠性的电压调节。