电子负载使用的四个技巧

电子负载最初是作为测试直流电源的专用产品；电子负载揭示了电源对各种负载条件的反应。FET 开关和非反应元件的使用在电子负载中很常见，可以避免谐振和不稳定性。随着越来越多的电子设备转换和存储能量，直流电子负载越来越受欢迎。它们用于测试大多数直流电源，包括电池、太阳能电池板、LED 驱动器、DC-DC 转换器和燃料电池。

提示 1. 测试电池 – 恒流 （CC） 模式

电流优先模式是最流行的电子负载测试模式。此设置的基本用途是测量电池中存储的总能量。当电池提供电流时，其电压会下降。通过使用此特性（电压曲线），我们可以根据时间预测电池的容量。

表 1：25 ºC 时 18650A 锂离子电池的规格表

作为恒流测试示例，我们使用锂离子 18650 电池。以 mAh 为单位测量的容量 （C） 用于计算充电和放电的电流。充电时，电流限制在0.5C（在我们的例子中为1250mA）充电需要在电池电压达到4.2V之前停止。见表 1。

放电使用类似的恒流过程。不建议大量消耗电流，因为这会缩短电池的寿命。此外，在电池达到其低电压限制 （2.5V） 时停止拉动电源以防止进一步的潜在损坏至关重要。图 2 中的放电图举例说明了电池的运行时间。

电池可以支持以最大速率放电。然而，如果以该值的一小部分放电，锂离子电池会产生更高的容量。低温会影响电压和容量。

许多其他电池属性是使用直流电子负载、容量、内部阻抗、充电/放电长期性能、低温行为和滥用极端情况确定的。容量是最常见的，因为它决定了电池的运行时间。例如，使用可变电流消耗来模拟设备从睡眠模式进入活动状态的测试可以描绘出电池如何承受各种放电率的情况。如下图 1 所示。

图 1：18650 电池以多种速率放电

锂离子电池在较窄的范围内工作时寿命会很长。避免高充电电压 （》4.1V） 和低放电电压 （《2.6V） 可减少对电池的压力。计算电池容量将放电电流 500 mA 乘以运行时间，4.5h，即 2250mAh。由于 2.6 至 4.1V 的窄工作范围，测量的容量略低于规定值

表 2：配置通道 1 的负载模块以拉出恒定电流

表 2 显示了可编程仪器 （SCPI） 为电流优先级配置负载的标准命令

技巧 2. 测试电源的瞬态响应

大多数电源使用稳压电路来提供恒定电压。然而，在某些情况下，负载可能会超过电路维持恒定电压的能力，因此，可能会出现瞬态电压尖峰。

要量化瞬态响应，请设置负载，使电源提供全输出电压，电流为电源最大值的一半。然后突然增加负载，迫使电源提供最大电流，然后降低负载，使电源恢复一半容量。

电源从负载的显着变化中恢复所需的时间称为其瞬态响应时间。请参见图 2。

图 2：瞬态响应时间显示为电源在稳定带内恢复所需的时间

一旦稳定在其稳定范围内，则认为供应已恢复。例如，Keysight E36312A 规定在 15mV 稳定带内恢复的时间小于 50us。这是在最大输出电流的 50% 到 100% 的负载变化之后发生的。

使用负载电阻器和开关测量此响应时间可能会带来挑战。功率电阻器，通常是绕线元件，具有电感，可以与电源的瞬变相互作用。直流电子负载的使用避免了这种额外的相互作用。

直流电子负载可配置为电阻或恒流模式以实现这些测量。在前者中，需要计算产生所需电流（50% 或 100%）所需的电阻值。后者只需要将负载设置为所需的电流值。

配置负载后，下一步是创建波形（阶跃或脉冲），以生成瞬态的方式加载电源。Keysight N6700 系列有一系列内置波形来促进这一点。生成动态负载是通过描述几个点来创建的。当电流值从 50% 变为 100% 时，阶跃波形生成单个瞬变，脉冲生成两个瞬变，每个边沿一个。参见图 3。

图 3：选择脉冲波形来创建动态电流

技巧 3. 测试电源的限流能力

在出现故障情况时，电源包括一个限流保护电路。保护电源本身和连接的设备。使用原始设备制造商 （OEM） 电源时。重要的是要知道这方面的性能适合预期的应用程序。

电流限制一般有3种类型

常规限流

可在恒压 （CV） 到恒流 （CC） 之间转换的电源

折返式限流电源

前两者在功能上非常相似，仅在恒定电流区域的调节程度不同——见图 4——该区域在电源 CV/CC 能力的情况下是可调的。

图 4：三种类型的限制设计的电压与电流

限流能力测试

测试从配置为从电源汲取最小电流的直流电子负载开始。在监控输出电压和电流的同时，负载电阻会逐步降低。随着电流增加，输出电压保持恒定，直到达到电流限制，然后电压下降。

这种下降称为交叉区域。随着负载电阻进一步降低，电源的限流电路现在处于活动状态。使用高质量电源会急剧过渡到此恒定电流区域。

技巧 4 测试 DC-DC 转换器

DC-DC转换器在其工作范围内，可以接受宽范围的输入电压，并提供隔离的稳定输出电压。它们在电子产品中的使用是司空见惯的。应急车辆可以利用升压 DC-DC 转换器为计算机及其外围设备供电。

许多计算机需要 14-19V 范围内的直流电源电压，使用 DC-DC 转换器直接从车辆的 12V 电池为这些设备供电，比使用交流电源逆变器通过其为每个设备供电要高效得多。交直流电源。

DC-DC 转换器是高效的，通常优于 96%，并且是恒定功率 （CP） 设备。在负载恒定的情况下，它们会随着电源电压的下降而增加输入电流，从而消耗恒定的功率。见图 5。

图 5：在广泛的电源电压范围内的恒定功率曲线

保护转换器

Because of its nature， the converter requires more than a single current limit. A converter needs more current at lower supply voltages and less current at higher voltages. A single limit set to handle the large current necessary at a low voltage will not protect the converter at a higher supply voltage. At a higher voltage， the converter would endure too much power before tripping the current protection. The key is to select a power supply with over power protection （OPP） or output LIST capability.

当过流情况持续存在时，第二个保护措施、过流保护 （OCP） 可以禁用输出。在电流限制下，电源保持电流常数 （CC），但允许输出电压下降。电压可能会降至转换器的工作电压以下，使其进入不稳定状态。过流保护通过关闭电源输出来防止这种情况发生。

第三个保护措施是设置在直流电子负载上的欠压禁止。在测试中，直流电子负载通过监控其输出电压来保护转换器，并且仅在其提供标称电压时汲取电流。抑制功能会关闭负载，直到转换器恢复其正确的输出电压。

测试电源转换器

N6700 系列模块化电源系统提供一个四插槽主机，可在单个机箱中容纳 N6790A 直流电子负载和电源模块。电源模块可针对不同电压进行编程，可以轻松模拟汽车的变化电压，而可配置为吸收恒定功率的负载从电源中吸收 85W 功率。85W 负载代表一台笔记本电脑和几个连接到转换器的外围设备。

在每个电压下计算的转换器效率是转换器的输出功率除以输入功率。前者由电源产生和测量，后者由负载产生和测量。

结果

最初，转换器施加 18V 电压，同时为 85W 负载供电。测试继续以 500mV 的步长降低电压，测量每个电平的输入电压和电流。这个过程一直持续到输入电压达到转换器的下限；在这种情况下，9V。参见图 6。此时，欠压抑制电路将负载从转换器上移除，一旦重新施加有效输入电压，转换器就更容易恢复。

结果显示效率在 97-98% 的范围内。

图 6：85W 转换器的输入电压和电流图

审核编辑：郭婷