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什么是電子負(fù)載?電子負(fù)載基礎(chǔ)知識(shí)

閱讀:2556          發(fā)布時(shí)間:2022-7-21
電源極性定義了電源和電子負(fù)載。當(dāng)電流流過正電壓端子時(shí),電源會(huì)像電子負(fù)載一樣吸取電流。

在詳細(xì)了解電子負(fù)載之前,我們先了解一下電源極性的定義。這個(gè)基本概念可以幫助您了解電子負(fù)載的工作原理。圖1為標(biāo)準(zhǔn)電壓電流極性的電源(兩端器件)示意圖。標(biāo)準(zhǔn)電源通常是輸出功率的設(shè)備。要輸出功率,電流必須從正電壓端子流出。大多數(shù)電源通過提供正輸出電壓和正輸出電流來提供電能。極性通常是指電壓的極性,而不是電流的方向。當(dāng)電流流過正電壓端子時(shí),電源會(huì)像電子負(fù)載一樣吸取電流。它不是提供電力,而是吸收和消耗功率。

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圖1. 電源極性定義

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圖2. 笛卡爾坐標(biāo)系

雙極電源可以在所有四個(gè)象限中運(yùn)行。在第一象限和第三象限中,雙極電源提供電源,電流從正電壓端子流出。在象限2和4中,雙極電源消耗功率,電流流向正電壓端,如如圖2。
為什么需要直流電子負(fù)載?
當(dāng)電源吸收電流(功耗)時(shí),它本質(zhì)上就像一個(gè)電子負(fù)載。電子負(fù)載設(shè)計(jì)模仿功耗設(shè)備。拉動(dòng)電源,讓電源“看到”DUT 的負(fù)載(應(yīng)用和環(huán)境)。它可以編程以提供不同類型的負(fù)載,并具有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)載模式。實(shí)際負(fù)載更復(fù)雜且不可預(yù)測,但電子負(fù)載可以提供穩(wěn)定且可編程的負(fù)載模式。
在設(shè)計(jì)、制造和評(píng)估直流電源(電池、轉(zhuǎn)換器和逆變器)時(shí),直流電子負(fù)載是不可少的工具。其他應(yīng)用包括燃料電池和光伏測試。
直流電子負(fù)載由一組功率晶體管或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)組成,用于消耗或吸收功率。電流放大器通過切換這些晶體管來調(diào)制電子負(fù)載的輸入電流。
電子負(fù)載應(yīng)用
隨著技術(shù)的進(jìn)步,傳統(tǒng)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)逐漸被電力驅(qū)動(dòng)所取代,電力消耗明顯增加。由于電力需求的顯著增加,人們越來越重視節(jié)能。設(shè)計(jì)師們競相開發(fā)各種節(jié)能產(chǎn)品。對(duì)電源和用電設(shè)備的嚴(yán)格測試可以擴(kuò)展直流電子負(fù)載的應(yīng)用。
以下是電子負(fù)載的一些常見應(yīng)用以及行業(yè)如何幫助您測量它們。
電源轉(zhuǎn)換器和逆變器測試一種快速測試DC-DC、AC-DC 和DC-AC 的方法。通過在輸出端子上施加電子負(fù)載,可以在通電的情況下模擬產(chǎn)品。不同級(jí)別的負(fù)載可用于測試最小和最大輸入開啟電壓水平。電子負(fù)載可用于測量紋波和噪聲,調(diào)整負(fù)載和電源,以及測試過壓和過流保護(hù)。
不間斷電源(UPS) — 全面測試需要交流電源、直流電源、直流負(fù)載和交流負(fù)載。直流負(fù)載使用負(fù)載組來測試UPS 的備用電池和充電器。交流負(fù)載測試是整個(gè)UPS 系統(tǒng)。負(fù)載組測試可以驗(yàn)證控制系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性和有效性以及UPS在各種負(fù)載條件下提供所需功率的能力。
電池和燃料電池— 與電阻負(fù)載組相比,通過提供恒定負(fù)載來縮短測試時(shí)間。對(duì)于容量測試,使用CP 模式以在電池電壓隨時(shí)間下降時(shí)提供一致的功耗。電子負(fù)載可以編程輸出不同的負(fù)載曲線,包括快速跳躍,允許用戶測試電池充電和放電循環(huán)的特性曲線。
太陽能電池板— 高功率太陽能測試的*佳解決方案。它可以以較低的成本提供大電流。使用CV 模式捕獲I-V 曲線或增加電壓以進(jìn)行電流測量。
便攜式設(shè)備— 通過對(duì)電子負(fù)載進(jìn)行編程以模擬產(chǎn)品的不同電源狀態(tài)(例如睡眠模式、節(jié)能模式和全功率模式)來執(zhí)行功耗測試。
典型的電子負(fù)載包括:
• 多種測量功能,可測量電壓、電流、功率、峰值、平均值、最小值和最大值
• 輸入讀數(shù)和測量讀數(shù)可以通過前面板顯示。
• 獨(dú)立通道操作
• 內(nèi)置脈沖發(fā)生器,用于連續(xù)運(yùn)行、脈沖運(yùn)行和觸發(fā)瞬態(tài)運(yùn)行
• 觸發(fā)輸入,支持并行配置,實(shí)現(xiàn)同步測量
• 通過SCPI 命令語言進(jìn)行遠(yuǎn)程編程
直流電子負(fù)載工作方式
確定被測設(shè)備的負(fù)載測試類型后,必須在負(fù)載下選擇模式。電子負(fù)載常見的工作模式是恒流(CC)、恒壓(CV)、恒功率(CP) 和恒阻(CR) 模式。將電子負(fù)載編程為特定模式后,它會(huì)保持該模式直到模式改變。此外,當(dāng)出現(xiàn)過功率、過溫等故障情況時(shí),模式也會(huì)發(fā)生變化。選擇模式時(shí),以下電流,電阻,電壓和電源模式參數(shù)都是可編程的。通過前面板選擇模式或通過編程設(shè)置模式時(shí),大多數(shù)相關(guān)參數(shù)都應(yīng)用在輸入端子上(例外情況參見模式說明中的備注)。
恒流操作(CC)
在此模式下,無論輸入電壓是多少,負(fù)載模塊都會(huì)根據(jù)其編程值汲取電流。
粗實(shí)線表示可能的工作點(diǎn)與輸入電流之間的關(guān)系。恒流(CC) 狀態(tài)標(biāo)志表示在設(shè)定的設(shè)定點(diǎn)輸出電流。
在CC 操作中電壓限制是不可編程的。但是,如果DUT 施加的電壓高于設(shè)定電流范圍允許的電壓,則過壓保護(hù)機(jī)制將激活,輸入跳閘并關(guān)閉。
電流可在兩個(gè)重疊范圍之一內(nèi)編程:高范圍和低范圍。較低的范圍在較低的電流設(shè)置下提供更好的分辨率。負(fù)載選擇與編程范圍值相對(duì)應(yīng)的范圍。如果量程值在量程重疊區(qū)域,則選擇低負(fù)載量程。電流當(dāng)電流超出低范圍時(shí),負(fù)載自動(dòng)將輸入從低范圍調(diào)整到最高值。如果您稍后編程的輸入值超出下限,前面板顯示屏將顯示“超出范圍”錯(cuò)誤消息。
恒壓工作(CV)
在此模式下,負(fù)載模塊嘗試汲取足夠的電流以將電源電壓控制為其編程值。
粗實(shí)線表示可能的工作點(diǎn)與輸入電壓之間的關(guān)系。
電流限制是為恒壓(CV) 操作設(shè)置的。實(shí)線的水平部分表示如果負(fù)載電流保持在電流限制設(shè)置的范圍內(nèi),則輸出電壓將保持在其編程設(shè)置。 CV 狀態(tài)標(biāo)志表示輸出電流在限制設(shè)置范圍內(nèi)。
當(dāng)輸出電流達(dá)到電流限制時(shí),器件將不再工作在恒壓模式,輸出電壓將不再保持恒定。相反,電子負(fù)載現(xiàn)在將輸出電流調(diào)整到電流限制設(shè)置。設(shè)置負(fù)電流限制狀態(tài)標(biāo)志以指示已達(dá)到電流限制。如果電壓繼續(xù)升高,直到超過規(guī)定電源流量的規(guī)定允許電壓或最大功率等值線,過壓保護(hù)機(jī)制被激活,跳閘并斷開輸入。
恒阻運(yùn)行(CR)
在這種模式下,負(fù)載模塊吸收的電流與編程電阻的輸入電壓成正比。
粗實(shí)線表示可能的工作點(diǎn)與電阻設(shè)置之間的關(guān)系。電阻的對(duì)角線延伸至Rmin(虛線),允許電子負(fù)載在負(fù)載大電流的同時(shí)產(chǎn)生低電壓。
電阻器可編程為三個(gè)重疊電阻范圍之一(高、中和低)。負(fù)載選擇與編程電阻值相對(duì)應(yīng)的范圍。如果電阻值在量程重疊區(qū)域,負(fù)載選擇分辨率最高的量程。如果當(dāng)前輸入設(shè)置超出所選范圍,負(fù)載將自動(dòng)將輸入設(shè)置調(diào)整為新選擇范圍內(nèi)接近的可用值。如果您稍后編程的輸入值超出新選擇的范圍,前面板顯示屏將顯示“超出范圍”錯(cuò)誤消息。
恒功率運(yùn)行(CP)
在恒功率操作中,負(fù)載模塊根據(jù)編程的恒功率值調(diào)整被測設(shè)備的功耗。
負(fù)載模塊通過測量輸入電壓和電流來調(diào)整輸入功率,并根據(jù)來自AD轉(zhuǎn)換器的測試數(shù)據(jù)流來調(diào)整輸入功率。在CP 模式下,其編程范圍包括選定的電壓和電流測量范圍。電子負(fù)載會(huì)自動(dòng)選擇盡可能低的量程,以提供更好的分辨率和精度。
負(fù)載模塊具有內(nèi)置過功率保護(hù)功能,可防止功率超過負(fù)載模塊的額定輸出(最大功率曲線)2% 以上。
如何選擇合適的電子負(fù)載
市場上有各種直流電子負(fù)載產(chǎn)品。如何選擇合適的電子負(fù)載以滿足您的應(yīng)用要求非常重要。以下是選擇合適的電子負(fù)載時(shí)需要考慮的一些基本因素:
• 額定容量
- 最大電壓、電流和額定功率可以提供應(yīng)用所需的基本信息,以便電子負(fù)載能夠處理電源的容量。
• 動(dòng)態(tài)測試
- 一些負(fù)載是動(dòng)態(tài)負(fù)載,電子負(fù)載的所有特性都允許其他特性,例如脈沖、階躍和斜率變化。
• 操作模式- CR、CC、CV 和CP
-CC 用于功耗測試。
-CR 可以直接代替電阻。
-CV 用于測試當(dāng)前電源。
-CP 用于存儲(chǔ)容量測試
• 電腦控制
如果無法通過前面板設(shè)置參數(shù),可以使用RS232、GPIB 或USB 創(chuàng)建復(fù)雜的測試程序。
• 尺寸
直流電子負(fù)載尺寸
直流電子負(fù)載有幾個(gè)與電源相關(guān)的維度。以下是電子負(fù)載的三個(gè)常見尺寸:
1.電子負(fù)載桌面產(chǎn)品
臺(tái)式機(jī)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中尤為常見。這種低成本裝置提供基本功能并通過前面板完成大部分設(shè)置。電子負(fù)載配備基本連接,如GPIB 或RS232,可用于遠(yuǎn)程編程。較新的型號(hào)可能具有USB 功能。
臺(tái)式單輸入電子負(fù)載是一種具有基本功能的低成本電器。
2.系統(tǒng)電子負(fù)載
它通常內(nèi)置于主要用于自動(dòng)化測試系統(tǒng)(ATE) 的機(jī)架系統(tǒng)中。 ATE 集成到高吞吐量、高功率(5KW 及更高)的制造環(huán)境中,可以同時(shí)測試多個(gè)設(shè)備。系統(tǒng)采用局域網(wǎng)等先進(jìn)的連接方式。
機(jī)架配置中使用的系統(tǒng)電子負(fù)載主要用于ATE測試
3. 模塊化電子負(fù)載
它通常由一臺(tái)帶有計(jì)算處理器的主機(jī)組成,模塊化電子負(fù)載和電源在同一臺(tái)主機(jī)上協(xié)同工作。其他模塊可以根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行更改和靈活調(diào)整大小。模塊化電子負(fù)載通常配備大顯示屏,可通過趨勢圖查看基本分析。下圖所示的N6705C 直流電源分析儀具有USB 和LAN 連接。
模塊化電子負(fù)載有助于在制造環(huán)境中進(jìn)行測試。
模塊化電子負(fù)載在制造環(huán)境中非常普遍,這些設(shè)備可以輕松添加到1U 高的主機(jī)中。大多數(shù)測試系統(tǒng)已經(jīng)有電源,因此您可以輕松添加負(fù)載。主機(jī)采用前后散熱,僅需1U機(jī)架空間。上圖中的N6700C 電源模塊具有USB 和LAN 連接。
N6700C 電源模塊是一款緊湊、靈活且快速的電源,非常適合研發(fā)、設(shè)計(jì)驗(yàn)證和ATE 應(yīng)用。
綜上所述,電子負(fù)載是消耗電源電流的設(shè)備,工作在笛卡爾坐標(biāo)系的第二和第四象限,應(yīng)用包括電力電子和能源市場。先進(jìn)的電子負(fù)載復(fù)雜且動(dòng)態(tài)改變實(shí)際負(fù)載。有4 種常見的操作模式:CC、CV、CP 和CR。可根據(jù)應(yīng)用要求選擇不同類型的電子負(fù)載。

 

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