直流电子负载的几种工作模式原理详解

更新时间:2023-11-03      点击次数:321

在一般的系统中,电源(包括电池)能否保持稳定供电是极其重要的。因此,要花很长的时间进行电源测试时,让电源连接什么样的负载就成了一个问题。

 

丨没有负载,就无法进行电源评测

 

用实际负载进行电源评测也不合理,因此为了自动进行电源测试,常使用电子负载。电子负载的种类很多,有直流电源用、交流电源用、蓄电池用等。

 

而直流电子负载是通过控制内部功率(MOSFET)或晶体管的导通量(量占空比大小),依靠功率管的耗散功率消耗电能的设备。它能够准确检测出电源电压,精确调整负载电流,同时可以实现模拟负载短路、高速动态拉载等,这些功能都是直流电源调试检测不-可-缺-少的。

 

丨电源和负载在系统开发中,电源的评估很重要

 

众-所-周-知,随着电子技术的进步,直流电子负载最初是用于测试直流电源的专用产品。直流电子负载显示电源对各种负载条件的响应。直流电子负载中常见的FET开关和非电抗组件的使用避免了共振和不稳定性。

 

随着越来越多的电子设备转换和存储能量,直流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转换器和燃料电池等。

 

电子设备的功能标准也变得复杂,在设计和开发过程中,一般对直流电源要求比较严格的厂家都会用直流电子负载来检测电源的好坏,要进行各种各样的测试。而且近来不仅要求功能,还要求低功耗化和高效率化。


丨直流电子负载的常见的四种工作模式

市面上常见的直流电子负载拥有CC、CV、CR、CP四种工作模式,可适应多种场合的测试需求。

 

1.恒流(CC)工作模式

 

将电子负载设置为恒流工作模式时,无论电压怎么变化,电流值保持恒定。要注意的是,该模式的电压是不可以编程的但是,如果DUT施加的电压高于规定电流范围内允许的电压,就会启动电子负载的过压保护机制,跳闸并关闭输入。

 

电流值可在高量程与低量程的范围内进行编程,如果量程值在量程重叠区域,则负载选择低量程。如果电流设置在低范围之外,负载会自动将输入调整到低范围内的最大值。


 

上图是一个常用的恒流电路,通过此电路很容易获得精准的电流值。R3为取样电阻,VREF是给定信号。当给定一个信号VREF时,如R3上的电压小于VREF,也就是VOP07的-IN小于+IN,VOP07加大输出,增大MOS导通程度,从而加大通过R3的电流。如果R3上的电压大于VREF,-IN大于+IN,OP07减小输出,MOS导通程度减小,也就减少了通过R3的电流。这样电路始终维持在恒定的电流给及上,实现恒流工作。

 

2.恒压(CV)工作模式


电子负载处于恒压工作模式时,负载模块试图消耗足够的电流来控制电源电压到程序设定的值。CV(恒压)操作设置了电流限制,如果负载电流保持在电流限制所设置的范围内,输出电压将保持其程序设置。当输出电流达到电流极限-时,设备不再工作在恒压模式下,输出电压不再保持恒定。相反,电子负载现在将输出电流调整到其电流限制设置。如果电压持续上升,直至超过规定电流范围允许的电压或最大功率,过压保护机制启动,跳闸并关闭输入。
 

上图为恒压电子负载电路。MOS管上的电压经R2和R3分压后送入运放+IN与给定值进行计较。A点电压的变化会引起R2上的电压变化通过LM358影响Q1的导通程度,从而牵制A点电压的变化,使A点保持恒压。

 

3.恒阻(CR)工作模式


当电子负载处于恒阻工作模式时,模块所消耗的电流与电压成正比。电阻可以编程在任何三个重叠电阻范围(高,中,或低)。负载选择一个与编程电阻值相对应的范围。如果电阻值在范围重叠区域,负载会选择分辨率最高的范围。如果当前输入设置超过选择的量程,负载将自动将输入设置调整为新选择的量程内最-接-近的可用值。

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上图A和B两点的电压通过R4加在LM358的+IN脚,也就控制了R1上的电压,从而控制R1中的电流。这样,AB两点的电压比上电路中的电流,也就是AB两点的等效电阻。当AB两点电压变化时,R1上的电压也随之变化,从而通过R1的电流也相应的变化,保证了电路的恒阻特性。

 

4.恒功率(CP)工作模式


当电子负载处于恒功率工作模式时,负载模块根据程序设定的恒功率值调整被测设备的功耗。负载模块通过测量输入的电压和电流来调节输入功率,并根据AD转换器的测试数据流来调节输入功率。

恒功率功能大部分电子负载都采用恒流电路来实现,原理是MCU采样到输入电压后根据设定的功率值来计算输出电流。当然也可以通过硬件方法来实现,上图就是通过硬件实现恒功率的方块图。


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