测试直流电源中电子负载的四种使用方案

电子负载最初是用于测试直流电源的专用产品。电子负载显示电源对各种负载条件的反应。电子负载中常见的FET开关和非电抗组件的使用避免了共振和不稳定性。DC随着越来越多的电子设备转换和存储能量，电子负载越来越受欢迎。它们可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–恒定电流（CC）模式

当前优先模式是电子负载测试模式中最流行的模式。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1：25ºC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。以毫安为单位的容量（C）用于计算充电和放电电流。充电时，电流限制为0.5C（在我们的示例中为1250mA），需要在电池电压达到4.2V之前停止充电。参见表1。
 
放电使用类似的恒定电流过程。不建议使用较大的电流消耗，因为这会缩短电池寿命。同样，至关重要的一点是，在电池达到其低压极限（2.5V）时，必须停止供电，以防止进一步的潜在损坏。图2中的放电曲线说明了电池的运行时间。
 
电池可以最大速率支持放电。但是，如果以该值的一小部分放电，锂离子电池将产生更高的容量。低温会影响电压和容量。
 
电池的许多其他属性取决于直流电子负载，容量，内部阻抗，长期充电/放电性能，低温行为和极端恶劣的情况。容量是最常见的容量，因为它会延长电池的运行时间。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时的测试可以描绘出电池如何承受各种放电速率的情况。如下图1所示。

图1：18650电池以几种速率放电

锂离子电池在窄范围内工作时，使用寿命长。避免高充电电压（>4.1V）和低放电电压（<2.6V）会减轻电池的压力。计算电池容量将放电电流500 mA乘以运行时间4.5h或2250mAh。由于2.6至4.1V的窄工作范围，因此测得的容量略低于规定的容量

表2：配置通道1上的负载模块以拉恒定电流

表2显示了用于可编程仪器（SCPI）的标准命令，用于配置当前优先级的负载
 
技巧2.测试电源的瞬态响应

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范围内恢复所需的时间

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。参见图3。

图3：选择脉冲波形以产生动态电流

技巧3：测试电源的限制电流能力

在发生故障的情况下，电源包括限流保护电路。保护电源本身和连接的设备。使用原始设备制造商（OEM）的电源时。重要的是要知道这方面的性能适合于预期的应用程序。
 
电流限制通常有3种类型
常规限流
可以在恒定电压（CV）到恒定电流（CC）之间转换的电源
 
折返限流电源

前两个在功能上非常相似，只是在恒定电流区域的调节程度不同（请参见图4），在电源CV/CC能力的情况下，该区域是可调的。

图4：三种限制设计的电压与电流的关系

限流能力测试

该测试从配置为从电源汲取最小电流的直流电子负载开始。监视输出电压和电流时，负载电阻会逐步降低。随着电流的增加，输出电压保持恒定，直到达到电流极限，然后电压下降。
 
此下降称为交叉区域。随着负载电阻的进一步降低，电源的限流电路现在处于活动状态。高质量电源将向这个恒定电流区域急剧过渡。
 
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。参见图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

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。
 
测试电源转换器

N6700系列模块化电源系统提供了一个四槽大型机，可以在一个机箱中容纳一个N6790A直流电子负载以及一个电源模块。可针对不同电压进行编程的电源模块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可从电源中提取85W功率。85W的负载代表一台笔记本电脑和连接到转换器的多个外围设备。
 
在每个电压下计算出的转换器效率是转换器的输出功率除以输入功率。前者由供应产生和度量，后者由负载度量。
 
结果

最初，当转换器为85W负载供电时，向其施加18V电压。通过以500mV的步长降低电压，并在每个电平下测量输入电压和电流，从而继续进行测试。这个过程一直持续到输入电压达到转换器的下限为止。在这种情况下为9V。参见图6。此时，通过欠压抑制电路将负载从转换器上移开，一旦重新施加有效的输入电压，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曲线图