直流電子負(fù)載的幾種工作模式原理詳解

在一般的系統(tǒng)中，電源（包括電池）能否保持穩(wěn)定供電是極其重要的。因此，要花很長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行電源測(cè)試時(shí)，讓電源連接什么樣的負(fù)載就成了一個(gè)問(wèn)題。

丨沒(méi)有負(fù)載，就無(wú)法進(jìn)行電源評(píng)測(cè)

用實(shí)際負(fù)載進(jìn)行電源評(píng)測(cè)大多數(shù)情況下并不合理，因此為了自動(dòng)進(jìn)行電源測(cè)試，常使用電子負(fù)載。電子負(fù)載的種類(lèi)很多，有直流電源用、交流電源用、蓄電池用等，今天我們主要講解直流電子負(fù)載。

所謂直流電子負(fù)載就是通過(guò)控制內(nèi)部功率（MOSFET）或晶體管的導(dǎo)通量（量占空比大?。?，依靠功率管的耗散功率消耗電能的設(shè)備。它能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出電源電壓，精確調(diào)整負(fù)載電流，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)模擬負(fù)載短路、高速動(dòng)態(tài)拉載等，這些功能都是直流電源調(diào)試檢測(cè)不可缺少的。

丨電源和負(fù)載在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，電源的評(píng)估很重要

眾所周知，隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，直流電子負(fù)載最初是用于測(cè)試直流電源的專(zhuān)用產(chǎn)品。直流電子負(fù)載顯示電源對(duì)各種負(fù)載條件的響應(yīng)，直流電子負(fù)載中常見(jiàn)的FET開(kāi)關(guān)和非電抗組件的使用避免了共振和不穩(wěn)定性。

隨著越來(lái)越多的電子設(shè)備轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)能量，直流電子負(fù)載越來(lái)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(yáng)能電池板、LED驅(qū)動(dòng)器、DC-DC轉(zhuǎn)換器和燃料電池等。

電子設(shè)備的功能標(biāo)準(zhǔn)也愈來(lái)愈復(fù)雜，在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，一般對(duì)直流電源要求比較嚴(yán)格的廠家都會(huì)用直流電子負(fù)載來(lái)檢測(cè)電源的好壞，要進(jìn)行各種各樣的測(cè)試。而且不僅要求功能，還要求低功耗化和高效率化。

丨直流電子負(fù)載的常見(jiàn)的四種工作模式

市面上常見(jiàn)的直流電子負(fù)載擁有CC、CV、CR、CP四種工作模式，可適應(yīng)多種場(chǎng)合的測(cè)試需求。

1.恒流（CC）工作模式

將電子負(fù)載設(shè)置為恒流工作模式時(shí)，無(wú)論電壓怎么變化，電流值保持恒定。要注意的是，該模式的電壓是不可以編程的。但是，如果DUT施加的電壓高于規(guī)定電流范圍內(nèi)允許的電壓，就會(huì)啟動(dòng)電子負(fù)載的過(guò)壓保護(hù)機(jī)制，跳閘并關(guān)閉輸入。

電流值可在高量程與低量程的范圍內(nèi)進(jìn)行編程，如果量程值在量程重疊區(qū)域，則負(fù)載選擇低量程。如果電流設(shè)置在低范圍之外，負(fù)載會(huì)自動(dòng)將輸入調(diào)整到低范圍內(nèi)的最大值。

上圖是一個(gè)常用的恒流電路，通過(guò)此電路很容易獲得精準(zhǔn)的電流值。R3為取樣電阻，VREF是給定信號(hào)。當(dāng)給定一個(gè)信號(hào)VREF時(shí)，如R3上的電壓小于VREF，也就是VOP07的-IN小于+IN，OP07加大輸出，增大MOS導(dǎo)通程度，從而加大通過(guò)R3的電流。

如果R3上的電壓大于VREF，-IN大于+IN，OP07減小輸出，MOS導(dǎo)通程度減小，也就減少了通過(guò)R3的電流。這樣電路始終維持在恒定的電流給及上，實(shí)現(xiàn)恒流工作。

2.恒壓(CV)工作模式

電子負(fù)載處于恒壓工作模式時(shí)，負(fù)載模塊試圖消耗足夠的電流來(lái)控制電源電壓到程序設(shè)定的值。CV(恒壓)操作設(shè)置了電流限制，如果負(fù)載電流保持在電流限制所設(shè)置的范圍內(nèi)，輸出電壓將保持其程序設(shè)置。

當(dāng)輸出電流達(dá)到電流極限時(shí)，設(shè)備不再工作在恒壓模式下，輸出電壓不再保持恒定。相反，電子負(fù)載現(xiàn)在將輸出電流調(diào)整到其電流限制設(shè)置。如果電壓持續(xù)上升，直至超過(guò)規(guī)定電流范圍允許的電壓或最大功率，過(guò)壓保護(hù)機(jī)制啟動(dòng)，跳閘并關(guān)閉輸入。

上圖為恒壓電子負(fù)載電路。MOS管上的電壓經(jīng)R2和R3分壓后送入運(yùn)放+IN與給定值進(jìn)行計(jì)較。A點(diǎn)電壓的變化會(huì)引起R2上的電壓變化通過(guò)LM358影響Q1的導(dǎo)通程度，從而牽制A點(diǎn)電壓的變化，使A點(diǎn)保持恒壓。

3.恒阻（CR）工作模式

當(dāng)電子負(fù)載處于恒阻工作模式時(shí)，模塊所消耗的電流與電壓成正比。電阻可以編程在任何三個(gè)重疊電阻范圍(高，中，低)。負(fù)載選擇一個(gè)與編程電阻值相對(duì)應(yīng)的范圍。如果電阻值在范圍重疊區(qū)域，負(fù)載會(huì)選擇分辨率最高的范圍。如果當(dāng)前輸入設(shè)置超過(guò)選擇的量程，負(fù)載將自動(dòng)將輸入設(shè)置調(diào)整為新選擇的量程內(nèi)最接近的可用值。

上圖A和B兩點(diǎn)的電壓通過(guò)R4加在LM358的+IN腳，也就控制了R1上的電壓，從而控制R1中的電流。這樣，AB兩點(diǎn)的電壓比上電路中的電流，也就是AB兩點(diǎn)的等效電阻。當(dāng)AB兩點(diǎn)電壓變化時(shí)，R1上的電壓也隨之變化，從而通過(guò)R1的電流也相應(yīng)的變化，保證了電路的恒阻特性。

4.恒功率（CP）工作模式

當(dāng)電子負(fù)載處于恒功率工作模式時(shí)，負(fù)載模塊根據(jù)程序設(shè)定的恒功率值調(diào)整被測(cè)設(shè)備的功耗。負(fù)載模塊通過(guò)測(cè)量輸入的電壓和電流來(lái)調(diào)節(jié)輸入功率，并根據(jù)AD轉(zhuǎn)換器的測(cè)試數(shù)據(jù)流來(lái)調(diào)節(jié)輸入功率。

恒功率功能大部分電子負(fù)載都采用恒流電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，原理是MCU采樣到輸入電壓后根據(jù)設(shè)定的功率值來(lái)計(jì)算輸出電流。當(dāng)然也可以通過(guò)硬件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，上圖就是通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)恒功率的方塊圖。

丨NGI直流電子負(fù)載

NGI直流電子負(fù)載不僅支持常規(guī)的CC、CV、CP、CR工作模式外，為了應(yīng)對(duì)實(shí)際測(cè)試過(guò)程中負(fù)載特性的變化，還具有CV+CC、CR+CC、CV+CR、CC+CP四種組合工作模式。

1.CP模式常用于測(cè)試UPS的電池測(cè)試，模擬當(dāng)電池電壓衰減時(shí)電流的變化。同樣可作為DC-DC轉(zhuǎn)換器和逆變器的輸入端的特性模擬。

2.CV+CC模式可以應(yīng)用于負(fù)載模擬電池，測(cè)試充電樁或車(chē)載充電器的場(chǎng)合，CV工作的同時(shí)，限制拉載最大電流。

3.CR+CC模式常用于車(chē)載充電機(jī)限壓、限流特性測(cè)試、恒壓精度、恒流精度的測(cè)試中，防止車(chē)載充電機(jī)的過(guò)流保護(hù)。

4.CV+CR模式可應(yīng)用于模擬LED燈，測(cè)試LED源的場(chǎng)合，并測(cè)得LED電流紋波參數(shù)。

用戶(hù)可根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇不同的工作模式進(jìn)行測(cè)試。

不僅如此，NGI直流電子負(fù)載均可編程，具有高精度、高可靠性、高集成度、高性?xún)r(jià)比、全功能的特點(diǎn)。

電壓最高達(dá)到1200V，功率范圍覆蓋0-1000kW，電壓電流精度高達(dá)0.05%，滿(mǎn)足各行業(yè)需求

審核編輯：湯梓紅