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什么是电子负载?电子负载基础知识
  • 发布日期:2022-07-21      浏览次数:135
    • 电源极性定义了电源和电子负载。当电流流过正电压端子时,电源会像电子负载一样吸取电流。

      在详细了解电子负载之前,我们先了解一下电源极性的定义。这个基本概念可以帮助您了解电子负载的工作原理。图1为标准电压电流极性的电源(两端器件)示意图。标准电源通常是输出功率的设备。要输出功率,电流必须从正电压端子流出。大多数电源通过提供正输出电压和正输出电流来提供电能。极性通常是指电压的极性,而不是电流的方向。当电流流过正电压端子时,电源会像电子负载一样吸取电流。它不是提供电力,而是吸收和消耗功率。

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      图1. 电源极性定义

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      图2. 笛卡尔坐标系

      双极电源可以在所有四个象限中运行。在第一象限和第三象限中,双极电源提供电源,电流从正电压端子流出。在象限2和4中,双极电源消耗功率,电流流向正电压端,如如图2。
      为什么需要直流电子负载?
      当电源吸收电流(功耗)时,它本质上就像一个电子负载。电子负载设计模仿功耗设备。拉动电源,让电源“看到”DUT 的负载(应用和环境)。它可以编程以提供不同类型的负载,并具有静态和动态负载模式。实际负载更复杂且不可预测,但电子负载可以提供稳定且可编程的负载模式。
      在设计、制造和评估直流电源(电池、转换器和逆变器)时,直流电子负载是不可少的工具。其他应用包括燃料电池和光伏测试。
      直流电子负载由一组功率晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)组成,用于消耗或吸收功率。电流放大器通过切换这些晶体管来调制电子负载的输入电流。
      电子负载应用
      随着技术的进步,传统的机械驱动逐渐被电力驱动所取代,电力消耗明显增加。由于电力需求的显着增加,人们越来越重视节能。设计师们竞相开发各种节能产品。对电源和用电设备的严格测试可以扩展直流电子负载的应用。
      以下是电子负载的一些常见应用以及行业如何帮助您测量它们。
      电源转换器和逆变器测试一种快速测试DC-DC、AC-DC 和DC-AC 的方法。通过在输出端子上施加电子负载,可以在通电的情况下模拟产品。不同级别的负载可用于测试最小和最大输入开启电压水平。电子负载可用于测量纹波和噪声,调整负载和电源,以及测试过压和过流保护。
      不间断电源(UPS) — 全面测试需要交流电源、直流电源、直流负载和交流负载。直流负载使用负载组来测试UPS 的备用电池和充电器。交流负载测试是整个UPS 系统。负载组测试可以验证控制系统的电压稳定性和有效性以及UPS在各种负载条件下提供所需功率的能力。
      电池和燃料电池— 与电阻负载组相比,通过提供恒定负载来缩短测试时间。对于容量测试,使用CP 模式以在电池电压随时间下降时提供一致的功耗。电子负载可以编程输出不同的负载曲线,包括快速跳跃,允许用户测试电池充电和放电循环的特性曲线。
      太阳能电池板— 高功率太阳能测试的*佳解决方案。它可以以较低的成本提供大电流。使用CV 模式捕获I-V 曲线或增加电压以进行电流测量。
      便携式设备— 通过对电子负载进行编程以模拟产品的不同电源状态(例如睡眠模式、节能模式和全功率模式)来执行功耗测试。
      典型的电子负载包括:
      • 多种测量功能,可测量电压、电流、功率、峰值、平均值、最小值和最大值
      • 输入读数和测量读数可以通过前面板显示。
      • 独立通道操作
      • 内置脉冲发生器,用于连续运行、脉冲运行和触发瞬态运行
      • 触发输入,支持并行配置,实现同步测量
      • 通过SCPI 命令语言进行远程编程
      直流电子负载工作方式
      确定被测设备的负载测试类型后,必须在负载下选择模式。电子负载常见的工作模式是恒流(CC)、恒压(CV)、恒功率(CP) 和恒阻(CR) 模式。将电子负载编程为特定模式后,它会保持该模式直到模式改变。此外,当出现过功率、过温等故障情况时,模式也会发生变化。选择模式时,以下电流,电阻,电压和电源模式参数都是可编程的。通过前面板选择模式或通过编程设置模式时,大多数相关参数都应用在输入端子上(例外情况参见模式说明中的备注)。
      恒流操作(CC)
      在此模式下,无论输入电压是多少,负载模块都会根据其编程值汲取电流。
      粗实线表示可能的工作点与输入电流之间的关系。恒流(CC) 状态标志表示在设定的设定点输出电流。
      在CC 操作中电压限制是不可编程的。但是,如果DUT 施加的电压高于设定电流范围允许的电压,则过压保护机制将激活,输入跳闸并关闭。
      电流可在两个重叠范围之一内编程:高范围和低范围。较低的范围在较低的电流设置下提供更好的分辨率。负载选择与编程范围值相对应的范围。如果量程值在量程重叠区域,则选择低负载量程。电流当电流超出低范围时,负载自动将输入从低范围调整到最高值。如果您稍后编程的输入值超出下限,前面板显示屏将显示“超出范围”错误消息。
      恒压工作(CV)
      在此模式下,负载模块尝试汲取足够的电流以将电源电压控制为其编程值。
      粗实线表示可能的工作点与输入电压之间的关系。
      电流限制是为恒压(CV) 操作设置的。实线的水平部分表示如果负载电流保持在电流限制设置的范围内,则输出电压将保持在其编程设置。 CV 状态标志表示输出电流在限制设置范围内。
      当输出电流达到电流限制时,器件将不再工作在恒压模式,输出电压将不再保持恒定。相反,电子负载现在将输出电流调整到电流限制设置。设置负电流限制状态标志以指示已达到电流限制。如果电压继续升高,直到超过规定电源流量的规定允许电压或最大功率等值线,过压保护机制被激活,跳闸并断开输入。
      恒阻运行(CR)
      在这种模式下,负载模块吸收的电流与编程电阻的输入电压成正比。
      粗实线表示可能的工作点与电阻设置之间的关系。电阻的对角线延伸至Rmin(虚线),允许电子负载在负载大电流的同时产生低电压。
      电阻器可编程为三个重叠电阻范围之一(高、中和低)。负载选择与编程电阻值相对应的范围。如果电阻值在量程重叠区域,负载选择分辨率最高的量程。如果当前输入设置超出所选范围,负载将自动将输入设置调整为新选择范围内接近的可用值。如果您稍后编程的输入值超出新选择的范围,前面板显示屏将显示“超出范围”错误消息。
      恒功率运行(CP)
      在恒功率操作中,负载模块根据编程的恒功率值调整被测设备的功耗。
      负载模块通过测量输入电压和电流来调整输入功率,并根据来自AD转换器的测试数据流来调整输入功率。在CP 模式下,其编程范围包括选定的电压和电流测量范围。电子负载会自动选择尽可能低的量程,以提供更好的分辨率和精度。
      负载模块具有内置过功率保护功能,可防止功率超过负载模块的额定输出(最大功率曲线)2% 以上。
      如何选择合适的电子负载
      市场上有各种直流电子负载产品。如何选择合适的电子负载以满足您的应用要求非常重要。以下是选择合适的电子负载时需要考虑的一些基本因素:
      • 额定容量
      - 最大电压、电流和额定功率可以提供应用所需的基本信息,以便电子负载能够处理电源的容量。
      • 动态测试
      - 一些负载是动态负载,电子负载的所有特性都允许其他特性,例如脉冲、阶跃和斜率变化。
      • 操作模式- CR、CC、CV 和CP
      -CC 用于功耗测试。
      -CR 可以直接代替电阻。
      -CV 用于测试当前电源。
      -CP 用于存储容量测试
      • 电脑控制
      如果无法通过前面板设置参数,可以使用RS232、GPIB 或USB 创建复杂的测试程序。
      • 尺寸
      直流电子负载尺寸
      直流电子负载有几个与电源相关的维度。以下是电子负载的三个常见尺寸:
      1.电子负载桌面产品
      台式机在实验室环境中尤为常见。这种低成本装置提供基本功能并通过前面板完成大部分设置。电子负载配备基本连接,如GPIB 或RS232,可用于远程编程。较新的型号可能具有USB 功能。
      台式单输入电子负载是一种具有基本功能的低成本电器。
      2.系统电子负载
      它通常内置于主要用于自动化测试系统(ATE) 的机架系统中。 ATE 集成到高吞吐量、高功率(5KW 及更高)的制造环境中,可以同时测试多个设备。系统采用局域网等先进的连接方式。
      机架配置中使用的系统电子负载主要用于ATE测试
      3. 模块化电子负载
      它通常由一台带有计算处理器的主机组成,模块化电子负载和电源在同一台主机上协同工作。其他模块可以根据应用需求进行更改和灵活调整大小。模块化电子负载通常配备大显示屏,可通过趋势图查看基本分析。下图所示的N6705C 直流电源分析仪具有USB 和LAN 连接。
      模块化电子负载有助于在制造环境中进行测试。
      模块化电子负载在制造环境中非常普遍,这些设备可以轻松添加到1U 高的主机中。大多数测试系统已经有电源,因此您可以轻松添加负载。主机采用前后散热,仅需1U机架空间。上图中的N6700C 电源模块具有USB 和LAN 连接。
      N6700C 电源模块是一款紧凑、灵活且快速的电源,非常适合研发、设计验证和ATE 应用。
      综上所述,电子负载是消耗电源电流的设备,工作在笛卡尔坐标系的第二和第四象限,应用包括电力电子和能源市场。先进的电子负载复杂且动态改变实际负载。有4 种常见的操作模式:CC、CV、CP 和CR。可根据应用要求选择不同类型的电子负载。

       

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