電子負載最初是作為測試直流電源的專用產(chǎn)品；電子負載揭示了電源對各種負載條件的反應。FET 開關和非反應元件的使用在電子負載中很常見，可以避免諧振和不穩(wěn)定性。隨著越來越多的電子設備轉換和存儲能量，直流電子負載越來越受歡迎。它們用于測試大多數(shù)直流電源，包括電池、太陽能電池板、LED 驅動器、DC-DC 轉換器和燃料電池。

提示 1. 測試電池 – 恒流 （CC） 模式

電流優(yōu)先模式是最流行的電子負載測試模式。此設置的基本用途是測量電池中存儲的總能量。當電池提供電流時，其電壓會下降。通過使用此特性（電壓曲線），我們可以根據(jù)時間預測電池的容量。

表 1：25 oC 時 18650A 鋰離子電池的規(guī)格表

作為恒流測試示例，我們使用鋰離子 18650 電池。以 mAh 為單位測量的容量 （C） 用于計算充電和放電的電流。充電時，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到4.2V之前停止。見表 1。

放電使用類似的恒流過程。不建議大量消耗電流，因為這會縮短電池的壽命。此外，在電池達到其低電壓限制 （2.5V） 時停止拉動電源以防止進一步的潛在損壞至關重要。圖 2 中的放電圖舉例說明了電池的運行時間。

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，鋰離子電池會產(chǎn)生更高的容量。低溫會影響電壓和容量。

許多其他電池屬性是使用直流電子負載、容量、內(nèi)部阻抗、充電/放電長期性能、低溫行為和濫用極端情況確定的。容量是最常見的，因為它決定了電池的運行時間。例如，使用可變電流消耗來模擬設備從睡眠模式進入活動狀態(tài)的測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)工作時壽命會很長。避免高充電電壓 （》4.1V） 和低放電電壓 （《2.6V） 可減少對電池的壓力。計算電池容量將放電電流 500 mA 乘以運行時間，4.5h，即 2250mAh。由于 2.6 至 4.1V 的窄工作范圍，測量的容量略低于規(guī)定值

表 2：配置通道 1 的負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)先級配置負載的標準命令

技巧 2. 測試電源的瞬態(tài)響應

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

要量化瞬態(tài)響應，請設置負載，使電源提供全輸出電壓，電流為電源最大值的一半。然后突然增加負載，迫使電源提供最大電流，然后降低負載，使電源恢復一半容量。

電源從負載的顯著變化中恢復所需的時間稱為其瞬態(tài)響應時間。請參見圖 2。

圖 2：瞬態(tài)響應時間顯示為電源在穩(wěn)定帶內(nèi)恢復所需的時間

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

使用負載電阻器和開關測量此響應時間可能會帶來挑戰(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。直流電子負載的使用避免了這種額外的相互作用。

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

配置負載后，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)置波形來促進這一點。生成動態(tài)負載是通過描述幾個點來創(chuàng)建的。當電流值從 50% 變?yōu)?100% 時，階躍波形生成單個瞬變，脈沖生成兩個瞬變，每個邊沿一個。參見圖 3。

圖 3：選擇脈沖波形來創(chuàng)建動態(tài)電流

技巧 3. 測試電源的限流能力

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

電流限制一般有3種類型

常規(guī)限流

可在恒壓 （CV） 到恒流 （CC） 之間轉換的電源

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 4：三種類型的限制設計的電壓與電流

限流能力測試

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

這種下降稱為交叉區(qū)域。隨著負載電阻進一步降低，電源的限流電路現(xiàn)在處于活動狀態(tài)。使用高質量電源會急劇過渡到此恒定電流區(qū)域。

技巧 4 測試 DC-DC 轉換器

DC-DC轉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。它們在電子產(chǎn)品中的使用是司空見慣的。應急車輛可以利用升壓 DC-DC 轉換器為計算機及其外圍設備供電。

許多計算機需要 14-19V 范圍內(nèi)的直流電源電壓，使用 DC-DC 轉換器直接從車輛的 12V 電池為這些設備供電，比使用交流電源逆變器通過其為每個設備供電要高效得多。交直流電源。

DC-DC 轉換器是高效的，通常優(yōu)于 96%，并且是恒定功率 （CP） 設備。在負載恒定的情況下，它們會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

保護轉換器

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.

當過流情況持續(xù)存在時，第二個保護措施、過流保護 （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。電壓可能會降至轉換器的工作電壓以下，使其進入不穩(wěn)定狀態(tài)。過流保護通過關閉電源輸出來防止這種情況發(fā)生。

第三個保護措施是設置在直流電子負載上的欠壓禁止。在測試中，直流電子負載通過監(jiān)控其輸出電壓來保護轉換器，并且僅在其提供標稱電壓時汲取電流。抑制功能會關閉負載，直到轉換器恢復其正確的輸出電壓。

測試電源轉換器

N6700 系列模塊化電源系統(tǒng)提供一個四插槽主機，可在單個機箱中容納 N6790A 直流電子負載和電源模塊。電源模塊可針對不同電壓進行編程，可以輕松模擬汽車的變化電壓，而可配置為吸收恒定功率的負載從電源中吸收 85W 功率。85W 負載代表一臺筆記本電腦和幾個連接到轉換器的外圍設備。

在每個電壓下計算的轉換器效率是轉換器的輸出功率除以輸入功率。前者由電源產(chǎn)生和測量，后者由負載產(chǎn)生和測量。

結果

最初，轉換器施加 18V 電壓，同時為 85W 負載供電。測試繼續(xù)以 500mV 的步長降低電壓，測量每個電平的輸入電壓和電流。這個過程一直持續(xù)到輸入電壓達到轉換器的下限；在這種情況下，9V。參見圖 6。此時，欠壓抑制電路將負載從轉換器上移除，一旦重新施加有效輸入電壓，轉換器就更容易恢復。

結果顯示效率在 97-98% 的范圍內(nèi)。

圖 6：85W 轉換器的輸入電壓和電流圖

審核編輯：郭婷