基于 DSP 的電子負載----電子負載系統分析

第2章電子負載系統分析

輸出電能或轉換電能的設備或部件各式各樣，如何對其輸出特性進(jìn)行可靠、全面且比較簡(jiǎn)單、快捷的測試，一直是儀表測試行業(yè)研究的問(wèn)題。傳統測試中，常采用靜態(tài)負載（作為消耗能量的器件廣泛地稱(chēng)為負載）。實(shí)際上負載的形式較為復雜，常為一些動(dòng)態(tài)負載。如：負載消耗的功率是時(shí)間的函數，或者負載工作在恒定電流、恒定電阻、恒定電壓方式以及不同的峰值因數、功率因數或負載為瞬時(shí)短路等，傳統電阻式負載無(wú)法模擬這些復雜的負載形式。電子負載的出現解決了這一難題，它能替代傳統的電阻性負載，尤其對吸收恒定電流或以恒定電壓吸收電流，或電壓、電流都要在設定范圍突變等傳統方法不能解決的領(lǐng)域里

2.1電子負載的結構組成

電子負載儀總體結構分兩種類(lèi)型：一種是單負載模組結構，該類(lèi)電子負載只包含一個(gè)負載模組，且不能聯(lián)機使用，只能應用于單輸出的電源供應器測試，而對于多路輸出的則需要多模組協(xié)調工作。第二種類(lèi)型是模組+機框的結構，該類(lèi)電子負載通過(guò)機框作為總控制器，同時(shí)將負載模組安裝于機框內部，通過(guò)機框內安裝多個(gè)負載模組實(shí)現多路輸出的電源供應器和單輸出電源供應器的并行測試。

無(wú)論是單模塊結構還是柜式結構的電子負載都是可以獨立工作的儀器，前者帶有物理面板、控制旋鈕、數字按鍵和顯示器。后者不帶物理面板需要機柜或機箱配合使用。共同的特點(diǎn)是：輸出電壓時(shí)電流調節范圍大，測試模式有恒流、恒壓、恒阻和恒功率；內置電壓、電流和功率測量電路，以及過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱、過(guò)功率保護電路，還有輸出極性防翻轉電路；GPIB和RS485接口，便于程控輸出電壓、電流瞬時(shí)特性，以及測試電壓、電流和功率；驅動(dòng)器和應用軟件隨機供應，即插即用。電子負載測試電源性能時(shí)如下圖1所示。

2.2電子負載原理及功能

2.2.1電子負載的控制原理

電子負載核心控制器件采用功率晶體管，負載電流是這些晶體管集電極電流的總和，通過(guò)控制晶體管的基極電流獲得所需的集電極電流，將消耗的功率轉化為熱，再通過(guò)散熱器由對流和輻射散失掉消耗的電能。MCU是整個(gè)電路的核心，采用功率調整管作為電子負載，MCU通過(guò)D/A轉換電路輸出電壓控制信號，信號經(jīng)過(guò)運算放大器調整后，通過(guò)調節功率管的基極電壓，把功率管模擬成負載使用，其原理框圖如下圖2所示。

2.2.2電子負載的功能

電子負載可以模擬定電流、定電壓、定電阻的負載情況，具有初值的設定，內接電壓表、電流表、功率顯示，具有過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)流、極性反接保護功能，主要有以下幾種功能。

（1）定電流（CC）模式

在定電流模式：不論輸入電壓大小如何變化，電子負載將根據設定值來(lái)吸收電流。定電流模式常用于測試電壓源及AC/DC電源的負載調整率和蓄電池的放電，尤其可以為開(kāi)關(guān)電源做電流測試，電子負載的定電流模式如圖3所示。

（2）定電壓（CV）模式

定電壓模式：電子負載流入的電流以維持控制電壓在設定值。定電壓模式常用于測試電流源，測試電源電流突然增大時(shí)的限流特性，定電壓可以仿真電池的端電壓，故可用于測試電池充電器，電子負載的定電壓模式如圖4所示。

（3）定電阻（CR）模式

定電阻模式：恒定阻值模式下，電子負載檢測負載端的電壓值，吸收和電壓值成線(xiàn)性比例的電流。定電阻模式常用于測試電流源、電壓源和電源的激活測試。用于測試電源的啟動(dòng)和限流特性，相當于可變變阻器，不收溫度的影響，電子負載的定電阻模式如圖5所示。

（4）定功率（CP）模式

定功率模式：在定功率模式下，電子負載流入的負載電流根據所設定的功率大小而改變，此時(shí)負載流入的電流和電壓的乘積等于設定的功率值，定功率模式常用于電池容量壽命測試，電子負載的定功率模式如圖6所示。

（5）動(dòng)態(tài)負載模式

動(dòng)態(tài)負載是周期性的在兩個(gè)狀態(tài)下切換。電源的調整率和瞬態(tài)反應在高低電流水平、持續時(shí)間和升降率變化下用示波器監看它的電壓輸出波形。動(dòng)態(tài)負載模式用于測試電源的整體回路反應，即瞬時(shí)響應和回復時(shí)間測試。實(shí)際上大部分負載是動(dòng)態(tài)復載，如計算機磁盤(pán)驅動(dòng)器動(dòng)作和不動(dòng)作時(shí)工作電流的變化，動(dòng)態(tài)負載模式如圖7所示。

（6）負載短路模式

負載短路是指DC或AC電源輸出端有很低的輸出阻抗，當發(fā)生短路時(shí)，電源的保護電路應產(chǎn)生作用來(lái)限制輸出電流，從而可以保護電源和電路上的負載，負載短路如圖8所示。

2.3目前電子負載存在的問(wèn)題存在的問(wèn)題：

（1）?？傮w結構看來(lái)，單負載模組不能滿(mǎn)足多路輸出的電源供應器的測試和單輸出電源供應器的并行測試要求；模組+機框的結構雖然可以滿(mǎn)足以上要求，但成本增加，受機框的限制，用戶(hù)使用不靈活。

（2）。負載電流的上升/下降采用不可調節或模擬調節，對種類(lèi)繁多的電源供應器適應性差，實(shí)時(shí)調節困難，易引起電源供應器的輸出電壓或負載電流的震蕩沖擊，干擾測試結果，觸發(fā)誤動(dòng)作或損壞被測的電源供應器。

（3）。不具有動(dòng)態(tài)負載測試功能或動(dòng)態(tài)測試形式單一，不能滿(mǎn)足電源供應器的較高要求和特殊測試的要求。

（4）。不能對電池的交流內阻進(jìn)行測量。電池行業(yè)中對交流內阻的測量需要采用專(zhuān)用的測量?jì)x器，如交流毫歐表，價(jià)格昂貴。