多功能电子负载在电子设备测试中的应用分析

多功能电子负载在电子设备测试中的应用分析

袁志伟

珠海市中芯集成电路有限公司 珠海市香洲区 519000

摘要：随着当前电子技术的发展，电子负载作为一种新的电力设备在当前的电力设施中起着非常重要的作用，在电源测试中得到了广泛的推广，作为新的技术手段，多功能的电子负载在电子设备的测试中有着非常广泛的应用，对于电流的测试起到了非常重要的作用，因此使用多功能电子负载测试相较于手动的测试存在着一定的不同，多功能电子负载有着较为优秀的性能，因此本文主要对此进行分析，希望对相关从业人员有一定的参考作用。

关键词：多功能电子负载；电子设备测试

引言：电子负载又叫做电子负荷。任何可以消耗能量的设备都可以广泛地称为负载。静态电子负载可以是电阻性（例如电力线变阻器）、电感性和电容性的。但实际中负载形式比较复杂，比如动态负载，功耗是时间的函数，或者电流电压是动态的，也可能是恒流、恒阻、恒压、不同峰值系数（交流情况）、功率因数CS或瞬时短路等）。模拟电子负载装置旨在取代传统负载，如电阻箱、滑线变阻器、电阻线、电感、电容等。尤其是在吸收恒流或恒压吸收电流，或在设定范围内电压电流突变等传统解决方案领域，性能更优越的电子负载可具有恒压、动态负载和短路负载等.交流电子负载可模拟恒恒恒峰值系数、不同功率因数和短路负载等，在当前的电子测试中有着广泛的应用，对于当前的工作来说，有着非常关键的作用。

1. 多功能电子负载概述

绝大多数电器都是由电压源供电的。例如，白炽灯泡采用220V供电，单片机和数码芯片采用5VVCC供电等。这些电器工作时，要求供电电压恒定，但供电电流会发生变化，比如灯的亮度，三极管的工作点，芯片的开关等等。电压源（以下简称电压源）的特点是：当电源输出电流变化时，输出电压的变化很小，越小越好。其主要参数之一是“负载特性”，也称为电源内阻。测试电压源“负载特性”的方法是改变电源的输出电流，测量输出电压的变化。电子负载常用于测试电源的特性。电子负载是一种新型的电子设备。电子负载可以模拟真实环境中的负载。具有恒流、恒阻、恒压、恒功率功能，以及短路、过流、动态工作模式。电子负载分为直流电子负载和交流电子负载。

2. 电子负载测试方法

1. 电源压的测试方法

手动测量时，负载电阻的阻值需要经常调整，测量非常不方便。在某一个电路中，源电动势（开路电压）V1=17V，R1为源内阻，实际电路中没有这样的电阻，是等效电阻，其值可通过测量得知.R2是负载电阻。测试方法：改变负载电阻R2的值，用电流表U1测量输出电流，用电压表U2测量输出电压。记录和测量的数据如下所示。

首先是负载电阻R2/Ω。在∞、50、40、30、20、10的时候，输出电流/A分别为0、0.337、0.42、0.557、0.829、1.619。输出电压/V分别为：17、16.832、16.79、16.721、16.585、16.191。

在负载电阻为7、6、5、4、3、2、1、的时候，输出电流分别为2.267、2.615、2.091、3.779、4.857、6.8输出电压/V为18.692、15.455、15.11、14.571、13.6

在当前的电流测试中，主要使用的方法有以下几种：

在某些应用中，电流源用于供电。例如，LED灯的供电电路经常使用电流源。LED对电源电流值有严格要求，但对电源电压没有要求。当电流源的输出电流恒定时，输出电压会随着负载电阻的变化而变化。因此，要测试电流源，必须使用可设定电压的恒压电子负载，才能得到输出电压与输出电流的关系曲线。对于电流源，当负载变化时，其输出电压也相应变化，但输出电流的变化越小越好。测试电流源的原理如图7所示，不再赘述。直接给出了带电子负载测量电流源的仿真电路。图7中的电子负载为恒压电子负载，为电压负反馈电路。负载电压可以通过分压器直接连接到运放的同相输入U+或运放反向输入端的参考电压V2。V2由MCU通过设置。R2用作电流采样电阻，可接保护电路。

电池是现在常见的电源。在测试蓄电池容量时，往往需要测量蓄电池的恒流放电时间，即让蓄电池以规定电流放电，并记录达到规定电压下限的放电时间。由于电池两端电压在放电过程中不断降低，为了保持恒定电流，需要不断降低放电电阻值。手动监控很难准确地做到这一点。然而，使用恒流电子负载很容易完成这项任务。图5为恒流放电测试电路仿真电路。为了模拟电池放电过程中双极电压的降低，采用超级电容C1=100mf代替图5中的电池，电容代表电池的容量。仿真开始时，将开关向右转动，将超级电容器充电至17V，然后将开关向左转动，超级电容器将通过电子负载放电。放电电流由单片机Da模块输出的参考电压V2控制。本例中，V2=100mV，电子负载恒流可控制在1a。因此，虽然C1上U3表示的电压和U2表示的输出电压随着放电过程而下降，但U1表示的输出电流1A保持不变。当U2指示的电压值下降到3V时，自动测量过程中停止恒流过程。电池两端的输出电流和电压由单片机定时采样并记录。当达到放电终止电压时，测试结束，可得到准确的恒流放电曲线。

2. 测试电源的瞬间响应

大多数电源使用电压调节电路来提供恒定电压。但是，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。为了量化瞬态响应，请设置负载，以使电源以最大电源一半的电流提供全输出电压。然后突然增加负载以迫使电源提供最大电流，然后减小负载以将电源恢复到一半容量。电源从负载的显著变化中恢复所需的时间称为其瞬态响应时间。

一旦稳定在沉降范围内，就认为供应已恢复。例如，是德科技E36312A规定在15mV的稳定带内恢复不到50us。这是最大输出电流的50%到100%的负载变化之后。使用负载电阻器和开关来测量此响应时间可能会带来挑战。功率电阻器(通常是缠绕的组件)具有电感，该电感会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。可以将直流电子负载配置为电阻或恒定电流模式，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。后者仅要求将负载设置为所需的电流值。配置好负载后，下一步将是创建一个波形(步长或脉冲)，以生成瞬态的方式为电源供电。KeysightN6700系列具有一系列内置波形，可简化此操作。只需描述几个点就可以生成动态负载。当电流值从50%变为100%时，阶跃波形会产生一个瞬变，脉冲会产生两个瞬变，每个边沿一个。

3. 测试DC-DC转换器

DC-DC转换器在其工作范围内，可以接受各种输入电压，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型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的DC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AC电源逆变器通过其电源为每个设备供电要高效得多。AC-DC电源。DC-DC转换器效率高，通常优于96%，并且是恒定功率(CP)器件。在恒定负载下，随着电源电压下降，它们会通过增加输入电流来消耗恒定功率。

由于其性质，转换器需要的电流限制不止一个。转换器在较低的电源电压下需要更多的电流，而在较高的电压下需要更少的电流。设置一个单一的限值来处理低压下所需的大电流，将无法在较高的电源电压下保护转换器。在较高的电压下，转换器会在跳闸电流保护之前承受过多的功率。关键是选择具有过功率保护(OPP)或输出列表功能的电源。当过流情况持续存在时，第二种保护措施是过流保护(OCP)可以禁用输出。在电流极限时，电源保持电流恒定(CC)，但允许输出电压下降。电压可能会下降到转换器的工作电压以下，使其进入不稳定状态。过流保护通过切断电源输出来防止这种情况。第三个保障措施是在直流电子负载上设置一个欠压抑制器。在测试中，直流电子负载通过监视转换器的输出电压来保护转换器，并且仅在提供标称电压时才汲取电流。禁止功能可关闭负载，直到转换器恢复其正确的输出电压为止。

3. 结束语

综上所述，在当前多功能电子负载在电子设备测试中的应用中，由于其多样化的功能，因此在很多的时候都能够实现多功能的转换，从而试下当前电子设备的测试，对于测试工作而言，这样的方式适用性广，能够有效节约这方面的时间投入，从而提升电力检测工作的效率。

参考文献：

[1]张兢,陈渝光.多功能电子负载在电子设备测试中的应用[J].电工技术,2000(05):35-36.

[2]张兢,肖东.多功能电子负载在电子设备测试中的应用[J].重庆工业管理学院学报,1999(02):16-19.