電子負(fù)載最初是作為測(cè)試直流電源的專(zhuān)用產(chǎn)品；電子負(fù)載揭示了電源對(duì)各種負(fù)載條件的反應(yīng)。FET 開(kāi)關(guān)和非反應(yīng)元件的使用在電子負(fù)載中很常見(jiàn)，可以避免諧振和不穩(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。

提示 1. 測(cè)試電池 – 恒流 （CC） 模式

電流優(yōu)先模式是最流行的電子負(fù)載測(cè)試模式。此設(shè)置的基本用途是測(cè)量電池中存儲(chǔ)的總能量。當(dāng)電池提供電流時(shí)，其電壓會(huì)下降。通過(guò)使用此特性（電壓曲線），我們可以根據(jù)時(shí)間預(yù)測(cè)電池的容量。

表 1：25 oC 時(shí) 18650A 鋰離子電池的規(guī)格表

作為恒流測(cè)試示例，我們使用鋰離子 18650 電池。以 mAh 為單位測(cè)量的容量 （C） 用于計(jì)算充電和放電的電流。充電時(shí)，電流限制在0.5C（在我們的例子中為1250mA）充電需要在電池電壓達(dá)到4.2V之前停止。見(jiàn)表 1。

放電使用類(lèi)似的恒流過(guò)程。不建議大量消耗電流，因?yàn)檫@會(huì)縮短電池的壽命。此外，在電池達(dá)到其低電壓限制 （2.5V） 時(shí)停止拉動(dòng)電源以防止進(jìn)一步的潛在損壞至關(guān)重要。圖 2 中的放電圖舉例說(shuō)明了電池的運(yùn)行時(shí)間。

電池可以支持以最大速率放電。然而，如果以該值的一小部分放電，鋰離子電池會(huì)產(chǎn)生更高的容量。低溫會(huì)影響電壓和容量。

許多其他電池屬性是使用直流電子負(fù)載、容量、內(nèi)部阻抗、充電/放電長(zhǎng)期性能、低溫行為和濫用極端情況確定的。容量是最常見(jiàn)的，因?yàn)樗鼪Q定了電池的運(yùn)行時(shí)間。例如，使用可變電流消耗來(lái)模擬設(shè)備從睡眠模式進(jìn)入活動(dòng)狀態(tài)的測(cè)試可以描繪出電池如何承受各種放電率的情況。如下圖 1 所示。

圖 1：18650 電池以多種速率放電

鋰離子電池在較窄的范圍內(nèi)工作時(shí)壽命會(huì)很長(zhǎng)。避免高充電電壓 （》4.1V） 和低放電電壓 （《2.6V） 可減少對(duì)電池的壓力。計(jì)算電池容量將放電電流 500 mA 乘以運(yùn)行時(shí)間，4.5h，即 2250mAh。由于 2.6 至 4.1V 的窄工作范圍，測(cè)量的容量略低于規(guī)定值

表 2：配置通道 1 的負(fù)載模塊以拉出恒定電流

表 2 顯示了可編程儀器 （SCPI） 為電流優(yōu)先級(jí)配置負(fù)載的標(biāo)準(zhǔn)命令

技巧 2. 測(cè)試電源的瞬態(tài)響應(yīng)

大多數(shù)電源使用穩(wěn)壓電路來(lái)提供恒定電壓。然而，在某些情況下，負(fù)載可能會(huì)超過(guò)電路維持恒定電壓的能力，因此，可能會(huì)出現(xiàn)瞬態(tài)電壓尖峰。

要量化瞬態(tài)響應(yīng)，請(qǐng)?jiān)O(shè)置負(fù)載，使電源提供全輸出電壓，電流為電源最大值的一半。然后突然增加負(fù)載，迫使電源提供最大電流，然后降低負(fù)載，使電源恢復(fù)一半容量。

電源從負(fù)載的顯著變化中恢復(fù)所需的時(shí)間稱為其瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間。請(qǐng)參見(jiàn)圖 2。

圖 2：瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間顯示為電源在穩(wěn)定帶內(nèi)恢復(fù)所需的時(shí)間

一旦穩(wěn)定在其穩(wěn)定范圍內(nèi)，則認(rèn)為供應(yīng)已恢復(fù)。例如，Keysight E36312A 規(guī)定在 15mV 穩(wěn)定帶內(nèi)恢復(fù)的時(shí)間小于 50us。這是在最大輸出電流的 50% 到 100% 的負(fù)載變化之后發(fā)生的。

使用負(fù)載電阻器和開(kāi)關(guān)測(cè)量此響應(yīng)時(shí)間可能會(huì)帶來(lái)挑戰(zhàn)。功率電阻器，通常是繞線元件，具有電感，可以與電源的瞬變相互作用。直流電子負(fù)載的使用避免了這種額外的相互作用。

直流電子負(fù)載可配置為電阻或恒流模式以實(shí)現(xiàn)這些測(cè)量。在前者中，需要計(jì)算產(chǎn)生所需電流（50% 或 100%）所需的電阻值。后者只需要將負(fù)載設(shè)置為所需的電流值。

配置負(fù)載后，下一步是創(chuàng)建波形（階躍或脈沖），以生成瞬態(tài)的方式加載電源。Keysight N6700 系列有一系列內(nèi)置波形來(lái)促進(jìn)這一點(diǎn)。生成動(dòng)態(tài)負(fù)載是通過(guò)描述幾個(gè)點(diǎn)來(lái)創(chuàng)建的。當(dāng)電流值從 50% 變?yōu)?100% 時(shí)，階躍波形生成單個(gè)瞬變，脈沖生成兩個(gè)瞬變，每個(gè)邊沿一個(gè)。參見(jiàn)圖 3。

圖 3：選擇脈沖波形來(lái)創(chuàng)建動(dòng)態(tài)電流

技巧 3. 測(cè)試電源的限流能力

在出現(xiàn)故障情況時(shí)，電源包括一個(gè)限流保護(hù)電路。保護(hù)電源本身和連接的設(shè)備。使用原始設(shè)備制造商 （OEM） 電源時(shí)。重要的是要知道這方面的性能適合預(yù)期的應(yīng)用程序。

電流限制一般有3種類(lèi)型

常規(guī)限流

可在恒壓 （CV） 到恒流 （CC） 之間轉(zhuǎn)換的電源

折返式限流電源

前兩者在功能上非常相似，僅在恒定電流區(qū)域的調(diào)節(jié)程度不同——見(jiàn)圖 4——該區(qū)域在電源 CV/CC 能力的情況下是可調(diào)的。

圖 4：三種類(lèi)型的限制設(shè)計(jì)的電壓與電流

限流能力測(cè)試

測(cè)試從配置為從電源汲取最小電流的直流電子負(fù)載開(kāi)始。在監(jiān)控輸出電壓和電流的同時(shí)，負(fù)載電阻會(huì)逐步降低。隨著電流增加，輸出電壓保持恒定，直到達(dá)到電流限制，然后電壓下降。

這種下降稱為交叉區(qū)域。隨著負(fù)載電阻進(jìn)一步降低，電源的限流電路現(xiàn)在處于活動(dòng)狀態(tài)。使用高質(zhì)量電源會(huì)急劇過(guò)渡到此恒定電流區(qū)域。

技巧 4 測(cè)試 DC-DC 轉(zhuǎn)換器

DC-DC轉(zhuǎn)換器在其工作范圍內(nèi)，可以接受寬范圍的輸入電壓，并提供隔離的穩(wěn)定輸出電壓。它們?cè)陔娮赢a(chǎn)品中的使用是司空見(jiàn)慣的。應(yīng)急車(chē)輛可以利用升壓 DC-DC 轉(zhuǎn)換器為計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備供電。

許多計(jì)算機(jī)需要 14-19V 范圍內(nèi)的直流電源電壓，使用 DC-DC 轉(zhuǎn)換器直接從車(chē)輛的 12V 電池為這些設(shè)備供電，比使用交流電源逆變器通過(guò)其為每個(gè)設(shè)備供電要高效得多。交直流電源。

DC-DC 轉(zhuǎn)換器是高效的，通常優(yōu)于 96%，并且是恒定功率 （CP） 設(shè)備。在負(fù)載恒定的情況下，它們會(huì)隨著電源電壓的下降而增加輸入電流，從而消耗恒定的功率。見(jiàn)圖 5。

圖 5：在廣泛的電源電壓范圍內(nèi)的恒定功率曲線

保護(hù)轉(zhuǎn)換器

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.

當(dāng)過(guò)流情況持續(xù)存在時(shí)，第二個(gè)保護(hù)措施、過(guò)流保護(hù) （OCP） 可以禁用輸出。在電流限制下，電源保持電流常數(shù) （CC），但允許輸出電壓下降。電壓可能會(huì)降至轉(zhuǎn)換器的工作電壓以下，使其進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)。過(guò)流保護(hù)通過(guò)關(guān)閉電源輸出來(lái)防止這種情況發(fā)生。

第三個(gè)保護(hù)措施是設(shè)置在直流電子負(fù)載上的欠壓禁止。在測(cè)試中，直流電子負(fù)載通過(guò)監(jiān)控其輸出電壓來(lái)保護(hù)轉(zhuǎn)換器，并且僅在其提供標(biāo)稱電壓時(shí)汲取電流。抑制功能會(huì)關(guān)閉負(fù)載，直到轉(zhuǎn)換器恢復(fù)其正確的輸出電壓。

測(cè)試電源轉(zhuǎn)換器

N6700 系列模塊化電源系統(tǒng)提供一個(gè)四插槽主機(jī)，可在單個(gè)機(jī)箱中容納 N6790A 直流電子負(fù)載和電源模塊。電源模塊可針對(duì)不同電壓進(jìn)行編程，可以輕松模擬汽車(chē)的變化電壓，而可配置為吸收恒定功率的負(fù)載從電源中吸收 85W 功率。85W 負(fù)載代表一臺(tái)筆記本電腦和幾個(gè)連接到轉(zhuǎn)換器的外圍設(shè)備。

在每個(gè)電壓下計(jì)算的轉(zhuǎn)換器效率是轉(zhuǎn)換器的輸出功率除以輸入功率。前者由電源產(chǎn)生和測(cè)量，后者由負(fù)載產(chǎn)生和測(cè)量。

結(jié)果

最初，轉(zhuǎn)換器施加 18V 電壓，同時(shí)為 85W 負(fù)載供電。測(cè)試?yán)^續(xù)以 500mV 的步長(zhǎng)降低電壓，測(cè)量每個(gè)電平的輸入電壓和電流。這個(gè)過(guò)程一直持續(xù)到輸入電壓達(dá)到轉(zhuǎn)換器的下限；在這種情況下，9V。參見(jiàn)圖 6。此時(shí)，欠壓抑制電路將負(fù)載從轉(zhuǎn)換器上移除，一旦重新施加有效輸入電壓，轉(zhuǎn)換器就更容易恢復(fù)。

結(jié)果顯示效率在 97-98% 的范圍內(nèi)。

圖 6：85W 轉(zhuǎn)換器的輸入電壓和電流圖

審核編輯：郭婷