基于 DSP 的電子負載----電子負載系統(tǒng)分析

第2章電子負載系統(tǒng)分析

輸出電能或轉(zhuǎn)換電能的設備或部件各式各樣，如何對其輸出特性進行可靠、全面且比較簡單、快捷的測試，一直是儀表測試行業(yè)研究的問題。傳統(tǒng)測試中，常采用靜態(tài)負載（作為消耗能量的器件廣泛地稱為負載）。實際上負載的形式較為復雜，常為一些動態(tài)負載。如：負載消耗的功率是時間的函數(shù)，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(shù)、功率因數(shù)或負載為瞬時短路等，傳統(tǒng)電阻式負載無法模擬這些復雜的負載形式。電子負載的出現(xiàn)解決了這一難題，它能替代傳統(tǒng)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(tǒng)方法不能解決的領域里

2.1電子負載的結(jié)構(gòu)組成

電子負載儀總體結(jié)構(gòu)分兩種類型：一種是單負載模組結(jié)構(gòu)，該類電子負載只包含一個負載模組，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(diào)工作。第二種類型是模組+機框的結(jié)構(gòu)，該類電子負載通過機框作為總控制器，同時將負載模組安裝于機框內(nèi)部，通過機框內(nèi)安裝多個負載模組實現(xiàn)多路輸出的電源供應器和單輸出電源供應器的并行測試。

無論是單模塊結(jié)構(gòu)還是柜式結(jié)構(gòu)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(shù)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。共同的特點是：輸出電壓時電流調(diào)節(jié)范圍大，測試模式有恒流、恒壓、恒阻和恒功率；內(nèi)置電壓、電流和功率測量電路，以及過流、過壓、過熱、過功率保護電路，還有輸出極性防翻轉(zhuǎn)電路；GPIB和RS485接口，便于程控輸出電壓、電流瞬時特性，以及測試電壓、電流和功率；驅(qū)動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(zhuǎn)化為熱，再通過散熱器由對流和輻射散失掉消耗的電能。MCU是整個電路的核心，采用功率調(diào)整管作為電子負載，MCU通過D/A轉(zhuǎn)換電路輸出電壓控制信號，信號經(jīng)過運算放大器調(diào)整后，通過調(diào)節(jié)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(nèi)接電壓表、電流表、功率顯示，具有過載、過壓、過流、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(jù)設定值來吸收電流。定電流模式常用于測試電壓源及AC/DC電源的負載調(diào)整率和蓄電池的放電，尤其可以為開關電源做電流測試，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(jù)所設定的功率大小而改變，此時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）動態(tài)負載模式

動態(tài)負載是周期性的在兩個狀態(tài)下切換。電源的調(diào)整率和瞬態(tài)反應在高低電流水平、持續(xù)時間和升降率變化下用示波器監(jiān)看它的電壓輸出波形。動態(tài)負載模式用于測試電源的整體回路反應，即瞬時響應和回復時間測試。實際上大部分負載是動態(tài)復載，如計算機磁盤驅(qū)動器動作和不動作時工作電流的變化，動態(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，電源的保護電路應產(chǎn)生作用來限制輸出電流，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題存在的問題：

（1）。總體結(jié)構(gòu)看來，單負載模組不能滿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(jié)構(gòu)雖然可以滿足以上要求，但成本增加，受機框的限制，用戶使用不靈活。

（2）。負載電流的上升/下降采用不可調(diào)節(jié)或模擬調(diào)節(jié)，對種類繁多的電源供應器適應性差，實時調(diào)節(jié)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(jié)果，觸發(fā)誤動作或損壞被測的電源供應器。

（3）。不具有動態(tài)負載測試功能或動態(tài)測試形式單一，不能滿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(nèi)阻進行測量。電池行業(yè)中對交流內(nèi)阻的測量需要采用專用的測量儀器，如交流毫歐表，價格昂貴。