DC電子負載最初是一種用于測試DC電源的特殊產(chǎn)品。DC電子負載顯示了電源對各種負載條件的反應(yīng)。使用FET開關(guān)和非電抗組件避免了共振和不穩(wěn)定。隨著越來越多的電子設(shè)備轉(zhuǎn)換和儲存能量,DC電子負載越來越受歡迎。它們可用于測試大多數(shù)DC電源,包括電池、太陽能電池板、LED驅(qū)動器、DC-DC轉(zhuǎn)換器和燃料電池。
提示1。測試電池恒流(CC)模式。
目前的優(yōu)先模式是DC電子負載測試模式中最流行的模式。該設(shè)置的基本用途是測量儲存在電池中的總能量。當(dāng)電池提供電流時,電壓會下降。根據(jù)這個特性(電壓曲線),我們可以根據(jù)時間來預(yù)測電池的容量。
1:25oC時18650A鋰離子電池規(guī)格表。
作為恒流測試的例子,我們使用鋰離子18650電池。以毫安為單位的容量(C)用于計算充放電電流。充電時,電流限制為0.5C(在我們的例子中為1250ma),需要在電池電壓達到4.2V之前停止充電。見表1。
放電使用類似的恒定電流過程。不建議使用較大的電流消耗,因為它會縮短電池壽命。同樣,當(dāng)電池達到低壓極限(2.5V)時,必須停止供電,以防止進一步的潛在損壞。圖2中的放電曲線顯示了電池的運行時間。
電池可以以最大的速度支持放電。然而,如果鋰離子電池以該值的一小部分放電,它將產(chǎn)生更高的容量。低溫會影響電壓和容量。
電池的許多其他屬性取決于DCDC電子負載、容量、內(nèi)阻、長期充放電性能、低溫行為和極端惡劣情況。容量是最常見的容量,因為它會延長電池的運行時間。例如,使用可變電流消耗來模擬設(shè)備從睡眠模式進入活動狀態(tài)時的測試可以描述電池如何承受各種放電速率。如下圖1所示。
圖1:18650電池以幾種速率放電。
鋰離子電池在狹窄范圍內(nèi)工作時,使用壽命長。避免高充電電壓(>4.1V)和低放電電壓(2.6V)會降低電池的壓力。計算電池容量將放電電流500ma乘以運行時間為4.5h或2250mah。由于2.6至4.1V的窄工作范圍,測量的容量略低于規(guī)定的容量。
表2:配置通道1上的負載模塊,拉動恒定電流。
表2顯示了可編程儀器(SCPI)的標準命令,用于配置當(dāng)前優(yōu)先級負載。
技巧2。測試電源的瞬態(tài)響應(yīng)。
絕大多數(shù)電源使用電壓調(diào)節(jié)電路提供恒定電壓。然而,在某些情況下,負載可能超過電路維持恒定電壓的能力,因此可能會出現(xiàn)瞬態(tài)電壓峰。
為了更好地量化瞬態(tài)響應(yīng),請設(shè)置負載,使電源以最大電源電流的一半提供全輸出電壓。然后突然增加負載,迫使電源提供最大電流,然后減少負載,將電源恢復(fù)到一半。
從負載的顯著變化中恢復(fù)電源所需的時間稱為瞬態(tài)響應(yīng)時間。請參見圖2。
瞬態(tài)響應(yīng)時間顯示了電源在穩(wěn)定范圍內(nèi)恢復(fù)所需的時間。
如果穩(wěn)定在沉降范圍內(nèi),則認為供應(yīng)已恢復(fù)。例如,羅德和施瓦茨E36312A規(guī)定,在15mV穩(wěn)定帶內(nèi)恢復(fù)不到50us。這是最大輸出電流負載變化的50%到100%。
使用負載電阻器和開關(guān)來測量響應(yīng)時間可能會帶來挑戰(zhàn)。功率電阻器(通常是纏繞組件)具有電感,與電源的瞬時相互作用。采用DC電子負載避免了這種額外的相互作用。
直流電子負載可以配置為電阻或恒定電流模式,以實現(xiàn)這些測量。在前者中,需要計算所需電流(50%或100%)所需的電阻值。后者只要求將負載設(shè)置為所需的電流值。
負載配置好后,下一步就是創(chuàng)建一個波形(步長或脈沖),以生成瞬態(tài)的方式為電源供電。Keysightn6700系列有一系列內(nèi)置波形,可以簡化此操作。只需描述幾個點就可以生成動態(tài)負載。當(dāng)電流值從50%變?yōu)?00%時,階躍波形會產(chǎn)生一個瞬態(tài),脈沖會產(chǎn)生兩個瞬態(tài),每個邊緣一個。見圖3。
圖3:選擇脈沖波形產(chǎn)生動態(tài)電流。
技巧3:測試電源的限制電流能力。
如果發(fā)生故障,電源包括限流保護電路。保護電源本身和連接設(shè)備。使用原設(shè)備制造商(OEM)電源時。重要的是要知道這種性能適合預(yù)期的應(yīng)用程序。
通常有三種類型的電流限制。
常規(guī)限流
它是一種可以在恒定電壓(CV)到恒定電流(CC)之間轉(zhuǎn)換的電源。
折返限流電源。
前兩個在功能上非常相似,但恒定電流區(qū)域的調(diào)節(jié)程度不同(請參見圖4)。在電源CV/CC能力的情況下,該區(qū)域是可調(diào)的。
圖4:這三種限制設(shè)計的電壓與電流之間的關(guān)系。
測試限流能力。
該測試始于從電源中獲得最小電流的DC電子負載。當(dāng)監(jiān)測輸出電壓和電流時,負載電阻會逐漸降低。隨著電流的增加,輸出電壓保持恒定,直到達到電流極限,然后電壓下降。
這種下降被稱為交叉區(qū)域。隨著負載電阻的進一步降低,電源的限流電路現(xiàn)在正在移動。高質(zhì)量的電源將迅速過渡到這個恒定的電流區(qū)域。
技能4測試DC-DC轉(zhuǎn)換器。
DC-DC轉(zhuǎn)換器也可以在其工作范圍內(nèi)接受各種輸入電壓,并提供隔離穩(wěn)定的輸出電壓。它們在電子產(chǎn)品中的使用很常見。應(yīng)急車輛還可以使用電壓DC-DC轉(zhuǎn)換器為計算機及其外圍設(shè)備供電。
許多計算機需要14-19V的DC電源電壓,使用DC-DC轉(zhuǎn)換器直接從車輛的12V電池為這些設(shè)備供電,比使用AC電源逆變器為每個設(shè)備供電要高得多。AC-DC電源。
DC-DC轉(zhuǎn)換器效率高,通常優(yōu)于96%,是一種恒定功率(CP)裝置。在恒定負載下,隨著電源電壓的降低,它們會通過增加輸入電流來消耗恒定功率。見圖5。
圖5:電源電壓范圍內(nèi)的恒定功率曲線。
保護轉(zhuǎn)換器
考慮到其性質(zhì),轉(zhuǎn)換器需要不止一個電流限制。轉(zhuǎn)換器在較低的電源電壓下需要更多的電流,而在較高的電壓下需要更少的電流。設(shè)置一個單一的限值來處理低壓下所需的大電流,這將無法在較高的電源電壓下保護轉(zhuǎn)換器。在較高的電壓下,轉(zhuǎn)換器在跳閘電流保護前會承受過多的功率。關(guān)鍵是選擇具有過功率保護(OPP)或輸出列表功能的電源。
當(dāng)過流繼續(xù)存在時,第二種保護措施是過流保護(OCP)也可以禁止輸出。在電流極限下,電源保持電流恒定(CC),但允許輸出電壓降低。電壓可降低到轉(zhuǎn)換器的工作電壓以下,使其進入不穩(wěn)定狀態(tài)。過流保護通過切斷電源輸出來防止這種情況。
第三個保證措施是在DC電子負載上設(shè)置一個欠壓抑制器。在測試過程中,DC電子負載通過監(jiān)測轉(zhuǎn)換器的輸出電壓來保護轉(zhuǎn)換器,在提供標稱電壓時吸收電流。在轉(zhuǎn)換器恢復(fù)正確的輸出電壓之前,禁止關(guān)閉負載。
測試電源轉(zhuǎn)換器。
N6700系列模塊化電源系統(tǒng)提供了一臺四槽大型機器,也可以容納一個N6790ADC電子負載和一個底盤中的電源模塊??删幊滩煌妷旱碾娫茨K也可以輕松模擬汽車的變化電壓,可配置為吸收恒定功率的負載可從電源中提取85W功率。85W負載代表一臺筆記本電腦和連接到轉(zhuǎn)換器的多個外圍設(shè)備。
每個電壓每個電壓下計算的效率是轉(zhuǎn)換器的輸出功率除以輸入功率。前者由供應(yīng)產(chǎn)生和測量,后者由負載測量。
結(jié)果顯示
一開始,當(dāng)轉(zhuǎn)換器為85W負載供電時,應(yīng)施加18V電壓。通過降低500毫V步長的電壓,并在每個電平下測量輸入電壓和電流,以繼續(xù)測試。這個過程一直持續(xù)到輸入電壓達到轉(zhuǎn)換器的下限。在這種情況下,它是9V。見圖6。此時,負載通過欠壓抑制電路從轉(zhuǎn)換器上移動。一旦重新施加有效的輸入電壓,轉(zhuǎn)換器就更容易恢復(fù)。
結(jié)果表明效率在97-98%之間。
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