电子负载
电学术语
电子负载是通过控制内部功率(MOSFET)或晶体管的导通量(量占空比大小),依靠功率管的耗散功率消耗电能的设备。它能够准确检测出负载电压,精确调整负载电流,同时可以实现模拟负载短路,模拟负载是感性阻性和容性,容性负载电流上升时间。 一般开关电源的调试检测是不可缺少的。
规范
电子负载应该有完善的保护功能。保护功能分为对内(电子负载)保护功能和对外(被测设备)保护功能。对内保护有:过压保护,过流保护,过功率保护,电压反向和过温保护。对外保护有:过流保护,过功率保护,吃载电压和低电压保护。选择电子负载应该选择是拥有真保护功能的电子负载。如果功能是由硬件实现的,保护速度会很快。如果是由软件实现,速度有滞后性,并且模组死机的话将会发生危险。
由于电子负载的特殊性能(提供强大的测试环境,以满足不同的外界需求),故在电子仪器仪表中占有很大的一片市场主要适用于各种电源、电池、适配器及需要电子负载测试场合。
负载使用
电子负载整合具有测试设备的众多功能,如负载瞬态恢复时间、电流极限特性分析、效率、启动时间、源效应(电源调整率)、编程响应时间、PARD(波纹和噪声)、功率因子、伏特栓锁现象、过压关闭、飘移等。
电子负载可用几种方法执行电源测试。它们一般是可编程的,但大多数电子负载需要外部DAC编程器。这一能力在测试期间能精确控制负载值,为测试装置操作者提供有价值的状态信息。电子负载通常采用FET设计,它比采用继电器和电阻器的解决方案更可靠,也更简易,还可选择工作模式:恒流(CC)、恒压(CV)和恒阻(CR)。较复杂的电子负载在一台产品中都会提供这三种模式,具有最高的测试灵活性,并且还提供测量直流电压和电流这两种电源的通用解决方案。电子负载的最后一项优点是可提供通过总线的回读,而无需使用一些测试中测量电压和电流的数字多用表
分类及区别
分类介绍
1、容性负载
容性负载:和电源相比,负载电流超前负载电压一个相位差,此时负载为容性负载(如补偿电容负载)。
电路中类似电容的负载,可以使电流超前电压降低电路功率因数。一般把负载带电容参数的负载,即符合电压滞后电流特性的负载成为容性负载。充放电时,电压不能突变。其对应的功率因数为负值。对应的感性负载的功率因数为正值。在高频领域,是指负载虚部为负值的负载。
一般电源控制类产品,所给出的负载,如未加说明则是给出的是视在功率;即总容量功率;它既包括有功功率,也包括无功功率; 而一般感性负载说明中给出的往往是有功功率的大小,例如荧光灯,标注为15~40瓦的荧光灯,镇流器消耗功率约为8瓦,实际在考虑用定时器,感应开关在控制它时,则要加上这8瓦;具体不同的产品感性部分,即无功功率的大小,可以通过其给出的功率因数来计算。
2、感性负载
混联电路中容抗比感抗大,电路呈容性反之为感性。通常的用电器中并没有纯感性负载和纯容性负载。因为这两种负载不做有用功。
只有在补偿电路中才使用纯感性负载或纯容性负载。又因为绝大多数负载除阻性外,多数为感性负载,因此补偿的时候多数就用电容来补偿,所以,纯容性负载用得比纯感性负载多。如电动机,变压器等等,通常为感性负载。部分日光灯为容性负载。
举例
纯感性负载就是一组电感。通常用来补偿电路中的容性电流。
在电路中带线圈的用电设备,其线圈部分即为纯感性负载。如电动机、变压器、电风扇、日光灯镇流器等。
纯感性负载的电流是不能突变。感性负载应用广泛。在电路中带电容的用电设备,其电容部分即为纯容性负载。如补偿电容等。
纯感性负载的电流不能突变。从理论上讲:纯电阻电路、纯电容电路、纯电感电路是不存在的。
电阻负载在作功时也会有电感、电容性负载存在。例如:导线间会存在线路间的电容,导线间和对地间存在电感,期间感性负载通常大于容性负载。电力电容在作功时也会发热,即电阻性作功。电感亦如此。元件的阻抗是频率的函数。在全频率范围内纯电阻电路、纯电容电路、纯电感电路是不存在的。
参数选择
1、电压、电流和功率的选择
根据被测设备的输出特性来选择电子负载:电压,电流,功率和测试需求精确度。电子负载的模组在测试时只能够单独工作或者并联操作,串联对于模组来说是很危险的。所以最理想的状态是所有要求均在单模组的量程范围内,其次是通过多模组并联能够实现的选型。也就是说,所选模组的电压时一定要符合测试要求。单个模组或者满装机框时的电流和功率总和要满足测试要求。
2、精确度和分辨率的选择
精确度和分辨率是电子负载的一个重要的参数指标。电子负载的精确度不同表示方法的意义。举例如下:
1%+2d  1%的测量值+最小显示值的2倍
1%+2%FS: 1%的测量值+1%的满量程
1%OF:  1%的(满量程+测量值)
功能选择
1、基本功能
市面上的电子负载均有基本的四项功能:恒流、恒压、恒阻和恒功率(安捷伦没有恒功率)。在功能基本相同,精确度相差不大的情况下,怎么判断是否符合要求呢?CHROMA和博计的电子负载只有一套工作电路,就是恒流功能。其他功能是根据欧姆定律计算出来,虽然标称有其他功能,但是实际情况是只有恒流功能,通过调节电流来实现其他功能。这样节省了成本,却留下了其他功能工作精度低,工作的不稳定,在他们内部流传的一句话是,恒阻功能的误差没有上限。测试完成的情况,要看电源的质量,外部环境和运气了。而安捷伦电子负载的所有功能均有不同的电路实现,完全能够很好的完成所标称的所有极限指标,稳定带载。
如果只是用到恒流功能,对其他功能要求不多的情况下,可以选用合适的,符合精确度的电子负载。如果对其他功能要求能够稳定的带载,就要考虑这个问题了。
2、动态带载
动态带载,就是电子负载做模拟的变化带载,也叫瞬态。几个重要的参数:
变化斜率:笼统的说是电子负载可以完成的变化速度,精确地说是电子负载变化时,从变化量的10%~90%的变化速率。恒流状态下的单位是A/mS,A/μS。
响应时间:电子负载可以完成变化的最小时间。单位μS。
3、电子负载的动态(瞬态)频率
一个电子负载是否做的货真价实,就要看电子负载的变化带载完成的情况了。如果是硬件实现的功能,就可以用示波器测试电流输出监视端口,查看波形是否完好。如果出现毛刺或者信噪比很大的情况下,那么此功能仅仅是由软件计算,而不是硬件实现的。
软件实现的动态带载时无法完美的执行电子负载所设定的变化。但是如果要求不高,可忽略这种现象造成的影响。
4、模拟带载(外部编程输入)
本功能是为了实现更复杂的电子负载带载变化情况而设定的功能。动态带载是模拟一个梯形波变化的带载功能,而本功能大大扩充了电子负载所能执行的变化方式。只要信号发生器能够发生的电压在10V以下的波形信号,电子负载均能模拟。拥有此功能的电子负载有,安捷伦和博计。其中博计是不建议客户使用此功能。
5、序列功能
序列功能是指把很多定态设置按时间顺序排列组合成一个测量过程。可以完成一个产品的整个质量参数的测量,本功能大大简化了繁琐的设置,减轻了测试工作量。配合存储设置和调用功能,更是大大简化了操作。序列的可设置步骤跟据品牌不同而不同。
6、附加功能选择
如果还需要电子负载的其他功能,请参看需求选择拥有对应功能的电子负载。比如
同步功能:可以同时操作多个模组的工作状态。
联机接口:GPIB,RS232,LAN,USB,选择适合的。
组装ATE测试系统:考虑接线柱连接其他设备的方便性,考虑命令的标准性等等。
过流,过功率测试(OCP,OPP):在产品需要的时候选择此功能,适用于研发等。
总言:电子负载的种类是多种多样的,选择适合的电子负载是电源类研发或者生产中一个重要的方面。在可以接受的成本下,选择更好更方便的电子负载是提高效率,保证质量的前提。
参考资料
最新修订时间:2023-12-08 15:16
目录
概述
规范
负载使用
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