多年来，可编程交流电源已广泛用于实施和支持许多产品测试程序。它们使测试工程师能够完全控制测试单元(UUT)的电压、频率和电流。此类产品用于模拟交流和直流供电产品实际使用中可能出现的各种电源条件和异常情况。它们对于为军事和航空电子设备电源子系统提供必需的400 Hz或800 Hz频率交流电源也至关重要。
可编程交流电源为设计和/或测试工程师提供以下特点和好处：
1、交流电网输入和UUT输出之间的安全隔离;
2、’将世界各地的任何电网电压和频率转换为UUT的特定期望输出频率;
3、精确控制输出电压，包括线路和负载调节;
4、稳定可控的输出功率，不受任何交流线路输入波动或瞬时电压下降的影响;
5、从单相到三相、单相到分相或三相到单相的相位转换。
传统交流电源拓扑与设计
绝大多数可用的交流电源设计基于脉宽调制控制电路，并使用低频变压器在交流电源的输入和输出之间提供隔离。
这些PWM设计通常使用模拟控制电路来提供输出调节、电流限制功能和频率转换功能。虽然这是一个经过验证的设计，可以追溯到20世纪80年代初，但它充满了缺点，列出一些：
1、使用工频交流输入变压器提供电流隔离可显著增加产品的尺寸和重量，尤其是随着功率水平的增加。例如，考虑到变压器损耗，15kVA交流电源需要17kVA三相输入变压器，重量约63.5kg，使用这种设计的电源总重量可超过181.4kg。
2、使用输出变压器提供电流隔离会导致尺寸和重量的类似增加，并阻止产生直流输出能力。此外，此类输出变压器必须支持与可编程交流电源相关的宽频率范围，通常从45 Hz到1000 Hz或更高，需要更复杂和更昂贵的变压器设计。
3、模拟控制回路受离散元件变化和温度漂移的影响。这会对精度和稳定性产生负面影响，需要调整进行校准。
该拓扑的简化框图如图1所示。它显示了单相输入、单相输出源，但三相版本在设计上类似。
图1:传统交流电源拓扑
一些制造商通过一些数字信号处理器(DSP)控制功能来增强这种方法，但它们通常是放大器外部控制回路的一部分，因此速度较慢，或者被降级为用户界面和前面板控制功能。这种拓扑结构的变化可以在设计中找到，例如在串联/并联模式下带有双逆变器的直接耦合输出级，以消除输出变压器，这消除了对输出变压器的需求，但成本较高。
数字功率转换
支持交流电源宽输出频率范围(通常高于30kHz)所需的较高PWM开关速度使得使用DSP提供所有控制功能变得困难。随着DSP技术在性能和成本方面的最新进展，支持这些开关频率的交流电源设计的全数字实现现在是可行的。
全数字控制优势
使用关键功率转换级的全数字控制消除了大量与模拟元件和控制电路相关的公差和变化。此外，在PWM开关频率下以周期为基础实时监控和控制开关事件的能力，对可能发生的负载或线路感应异常提供了更好的保护。这种级别的保护不再受模拟滤波和平均的影响，这会在传统电源设计中引入延迟。
这些改进允许进行以下拓扑更改：
将用于隔离的交流输入变压器更换为有源功率因数校正的交流/直流转换级，然后更换带有电流隔离的甚高频直流/直流转换级，可显著减小输入级部件的尺寸和重量。
用单个高输出电压逆变器替换任何输出变压器或串联/并联输出逆变器级，既支持低压/大电流要求，也支持高压/低电流要求。
这种基于数字控制的拓扑结构如图3所示。
图3 数字交流电源拓扑
使用全数字控制具有许多优点：
1、由于消除了输入和输出变压器，重量更小，尺寸更小，
2、更高的功率密度和更低的损耗，这是由于提高了效率和更高的开关频率，从而减小了输出滤波器电感的尺寸，
3、由于更高的PWM开关速度和改进的数字滤波，降低了输出开关噪声，
4、更宽的交流电压输入范围，带有源功率因数校正，以及恒定功率输出电压范围适用于更宽的工作区域，同时消除了双输出范围和相关范围切换的需要。
其他设计创新
使用来自不同行业背景的经验丰富的工程师团队开发干净的板材设计，在设计和施工方面带来了一些额外的创新。举几个例子：
1、通过使用机械分层结构和板之间的直接互连，消除容易发生故障的带状电缆和组件之间的互连;
2、单个高热质量散热器，兼作整个机组的结构机械支撑，以实现最大冷却的低气流，并降低可听见的风扇噪音;
3、使用多个联网DSP划分关键功能，同时提供更高级别的冗余;
4、多个DSP之间的高速差分模式串行通信总线，以增强抗噪性;
5、主动并联、主/辅助、菊花链控制接口，允许通过并联连接多个电源配置更高功率系统;
6、直流耦合输出模式，具有独特的直流偏移减少控制电路，用于在交流模式下实现最小直流偏移;
7、整体效率高，尽管使用了三个功率转换级;
8、在闲置期间采用节能睡眠模式，以降低能耗并延长产品寿命。
新的用户功能成为可能
通过对每个内部切换周期提供更好的控制，可以实现独特的新用户功能，旨在为受测试单元提供更好的保护。它还将用户连接错误或原型UUT可能引起的损坏对电源本身可能造成的损坏降至最低。以下是这类函数的两个示例和用法：
1、真实功率或视在功率限制函数
2、设置可编程电流限制和功率限制的能力对于许多表现出恒定功率输入行为的受测试单元来说非常重要。可在宽交流输入范围(如85伏交流电压至265伏交流电压)下工作的受测试单元不能仅通过电流限制功能进行保护。如果输入电压更改为230 V，则在115-V输入时保护的相同电流无法保护UUT，只有真正的功率限制功能才能做到这一点。
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