關(guān)于電子負(fù)載使用的四個(gè)方案技巧

電子負(fù)載最初是用于測(cè)試直流電源的專用產(chǎn)品。電子負(fù)載顯示電源對(duì)各種負(fù)載條件的反應(yīng)。電子負(fù)載中常見的FET開關(guān)和非電抗組件的使用避免了共振和不穩(wěn)定性。DC隨著越來越多的電子設(shè)備轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)能量，電子負(fù)載越來越受歡迎。它們可用于測(cè)試大多數(shù)直流電源，包括電池，太陽能電池板，LED驅(qū)動(dòng)器，DC-DC轉(zhuǎn)換器和燃料電池。

提示1.測(cè)試電池–恒定電流（CC）模式

當(dāng)前優(yōu)先模式是電子負(fù)載測(cè)試模式中最流行的模式。此設(shè)置的基本用途是測(cè)量電池中存儲(chǔ)的總能量。當(dāng)電池提供電流時(shí)，其電壓下降。通過使用此特性（電壓曲線），我們可以根據(jù)時(shí)間預(yù)測(cè)電池的容量。

表1：25oC時(shí)18650A鋰離子電池的規(guī)格表

作為恒流測(cè)試示例，我們使用鋰離子18650電池。以毫安為單位的容量（C）用于計(jì)算充電和放電電流。充電時(shí)，電流限制為0.5C（在我們的示例中為1250mA），需要在電池電壓達(dá)到4.2V之前停止充電。參見表1。

放電使用類似的恒定電流過程。不建議使用較大的電流消耗，因?yàn)檫@會(huì)縮短電池壽命。同樣，至關(guān)重要的一點(diǎn)是，在電池達(dá)到其低壓極限（2.5V）時(shí)，必須停止供電，以防止進(jìn)一步的潛在損壞。圖2中的放電曲線說明了電池的運(yùn)行時(shí)間。

電池可以最大速率支持放電。但是，如果以該值的一小部分放電，鋰離子電池將產(chǎn)生更高的容量。低溫會(huì)影響電壓和容量。

電池的許多其他屬性取決于直流電子負(fù)載，容量，內(nèi)部阻抗，長(zhǎng)期充電/放電性能，低溫行為和極端惡劣的情況。容量是最常見的容量，因?yàn)樗鼤?huì)延長(zhǎng)電池的運(yùn)行時(shí)間。例如，使用可變電流消耗來模擬設(shè)備從睡眠模式進(jìn)入活動(dòng)狀態(tài)時(shí)的測(cè)試可以描繪出電池如何承受各種放電速率的情況。如下圖1所示。

圖1：18650電池以幾種速率放電

鋰離子電池在窄范圍內(nèi)工作時(shí)，使用壽命長(zhǎng)。避免高充電電壓（> 4.1V）和低放電電壓（<2.6V）會(huì)減輕電池的壓力。計(jì)算電池容量將放電電流500 mA乘以運(yùn)行時(shí)間4.5h或2250mAh。由于2.6至4.1V的窄工作范圍，因此測(cè)得的容量略低于規(guī)定的容量

表2：配置通道1上的負(fù)載模塊以拉恒定電流

表2顯示了用于可編程儀器（SCPI）的標(biāo)準(zhǔn)命令，用于配置當(dāng)前優(yōu)先級(jí)的負(fù)載

技巧2.測(cè)試電源的瞬態(tài)響應(yīng)

大多數(shù)電源使用電壓調(diào)節(jié)電路來提供恒定電壓。但是，在某些情況下，負(fù)載可能會(huì)超過電路維持恒定電壓的能力，因此，可能會(huì)出現(xiàn)瞬態(tài)電壓尖峰。

為了量化瞬態(tài)響應(yīng)，請(qǐng)?jiān)O(shè)置負(fù)載，以使電源以最大電源一半的電流提供全輸出電壓。然后突然增加負(fù)載以迫使電源提供最大電流，然后減小負(fù)載以將電源恢復(fù)到一半容量。

電源從負(fù)載的顯著變化中恢復(fù)所需的時(shí)間稱為其瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間。請(qǐng)參見圖2。

圖2：瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間顯示為電源在穩(wěn)定范圍內(nèi)恢復(fù)所需的時(shí)間

一旦穩(wěn)定在沉降范圍內(nèi)，就認(rèn)為供應(yīng)已恢復(fù)。例如，是德科技E36312A規(guī)定在15mV的穩(wěn)定帶內(nèi)恢復(fù)不到50us。這是最大輸出電流的50％到100％的負(fù)載變化之后。

使用負(fù)載電阻器和開關(guān)來測(cè)量此響應(yīng)時(shí)間可能會(huì)帶來挑戰(zhàn)。功率電阻器（通常是纏繞的組件）具有電感，該電感會(huì)與電源的瞬變相互作用。直流電子負(fù)載的使用避免了這種額外的相互作用。

可以將直流電子負(fù)載配置為電阻或恒定電流模式，以實(shí)現(xiàn)這些測(cè)量。在前者中，需要計(jì)算產(chǎn)生所需電流（50％或100％）所需的電阻值。后者僅要求將負(fù)載設(shè)置為所需的電流值。

配置好負(fù)載后，下一步將是創(chuàng)建一個(gè)波形（步長(zhǎng)或脈沖），以生成瞬態(tài)的方式為電源供電。Keysight N6700系列具有一系列內(nèi)置波形，可簡(jiǎn)化此操作。只需描述幾個(gè)點(diǎn)就可以生成動(dòng)態(tài)負(fù)載。當(dāng)電流值從50％變?yōu)?00％時(shí)，階躍波形會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬變，脈沖會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)瞬變，每個(gè)邊沿一個(gè)。參見圖3。

圖3：選擇脈沖波形以產(chǎn)生動(dòng)態(tài)電流

技巧3：測(cè)試電源的限制電流能力

在發(fā)生故障的情況下，電源包括限流保護(hù)電路。保護(hù)電源本身和連接的設(shè)備。使用原始設(shè)備制造商（OEM）的電源時(shí)。重要的是要知道這方面的性能適合于預(yù)期的應(yīng)用程序。

電流限制通常有3種類型

常規(guī)限流

可以在恒定電壓（CV）到恒定電流（CC）之間轉(zhuǎn)換的電源

折返限流電源

前兩個(gè)在功能上非常相似，只是在恒定電流區(qū)域的調(diào)節(jié)程度不同（請(qǐng)參見圖4），在電源CV / CC能力的情況下，該區(qū)域是可調(diào)的。

圖4：三種限制設(shè)計(jì)的電壓與電流的關(guān)系

限流能力測(cè)試

該測(cè)試從配置為從電源汲取最小電流的直流電子負(fù)載開始。監(jiān)視輸出電壓和電流時(shí)，負(fù)載電阻會(huì)逐步降低。隨著電流的增加，輸出電壓保持恒定，直到達(dá)到電流極限，然后電壓下降。

此下降稱為交叉區(qū)域。隨著負(fù)載電阻的進(jìn)一步降低，電源的限流電路現(xiàn)在處于活動(dòng)狀態(tài)。高質(zhì)量電源將向這個(gè)恒定電流區(qū)域急劇過渡。

技巧4測(cè)試DC-DC轉(zhuǎn)換器

DC-DC轉(zhuǎn)換器在其工作范圍內(nèi)，可以接受各種輸入電壓，并提供隔離的穩(wěn)定輸出電壓。它們?cè)?a target="_blank">電子產(chǎn)品中的使用是司空見慣的。應(yīng)急車輛可以利用升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器為計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備供電。

許多計(jì)算機(jī)需要14-19V的DC電源電壓，使用DC-DC轉(zhuǎn)換器直接從車輛的12V電池為這些設(shè)備供電，比使用AC電源逆變器通過其電源為每個(gè)設(shè)備供電要高效得多。 AC-DC電源。

DC-DC轉(zhuǎn)換器效率高，通常優(yōu)于96％，并且是恒定功率（CP）器件。在恒定負(fù)載下，隨著電源電壓下降，它們會(huì)通過增加輸入電流來消耗恒定功率。參見圖5。

圖5：在廣泛的電源電壓范圍內(nèi)的恒定功率曲線

保護(hù)轉(zhuǎn)換器

由于其性質(zhì)，轉(zhuǎn)換器需要的電流限制不止一個(gè)。轉(zhuǎn)換器在較低的電源電壓下需要更多的電流，而在較高的電壓下需要更少的電流。設(shè)置一個(gè)單一的限值來處理低壓下所需的大電流，將無法在較高的電源電壓下保護(hù)轉(zhuǎn)換器。在較高的電壓下，轉(zhuǎn)換器會(huì)在跳閘電流保護(hù)之前承受過多的功率。關(guān)鍵是選擇具有過功率保護(hù)（OPP）或輸出列表功能的電源。

當(dāng)過流情況持續(xù)存在時(shí)，第二種保護(hù)措施是過流保護(hù)（OCP）可以禁用輸出。在電流極限時(shí)，電源保持電流恒定（CC），但允許輸出電壓下降。電壓可能會(huì)下降到轉(zhuǎn)換器的工作電壓以下，使其進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)。過流保護(hù)通過切斷電源輸出來防止這種情況。

第三個(gè)保障措施是在直流電子負(fù)載上設(shè)置一個(gè)欠壓抑制器。在測(cè)試中，直流電子負(fù)載通過監(jiān)視轉(zhuǎn)換器的輸出電壓來保護(hù)轉(zhuǎn)換器，并且僅在提供標(biāo)稱電壓時(shí)才汲取電流。禁止功能可關(guān)閉負(fù)載，直到轉(zhuǎn)換器恢復(fù)其正確的輸出電壓為止。

測(cè)試電源轉(zhuǎn)換器

N6700系列模塊化電源系統(tǒng)提供了一個(gè)四槽大型機(jī)，可以在一個(gè)機(jī)箱中容納一個(gè)N6790A直流電子負(fù)載以及一個(gè)電源模塊?？舍槍?duì)不同電壓進(jìn)行編程的電源模塊可以輕松模擬汽車的變化電壓，而可配置為吸收恒定功率的負(fù)載可從電源中提取85W功率。85W的負(fù)載代表一臺(tái)筆記本電腦和連接到轉(zhuǎn)換器的多個(gè)外圍設(shè)備。

在每個(gè)電壓下計(jì)算出的轉(zhuǎn)換器效率是轉(zhuǎn)換器的輸出功率除以輸入功率。前者由供應(yīng)產(chǎn)生和度量，后者由負(fù)載度量。

結(jié)果

最初，當(dāng)轉(zhuǎn)換器為85W負(fù)載供電時(shí)，向其施加18V電壓。通過以500mV的步長(zhǎng)降低電壓，并在每個(gè)電平下測(cè)量輸入電壓和電流，從而繼續(xù)進(jìn)行測(cè)試。這個(gè)過程一直持續(xù)到輸入電壓達(dá)到轉(zhuǎn)換器的下限為止。在這種情況下為9V。參見圖6。此時(shí)，通過欠壓抑制電路將負(fù)載從轉(zhuǎn)換器上移開，一旦重新施加有效的輸入電壓，轉(zhuǎn)換器就更容易恢復(fù)。

結(jié)果顯示效率在97-98％的范圍內(nèi)。

圖6：85W轉(zhuǎn)換器的輸入電壓和電流曲線圖

編輯：hfy