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電子負載在硬件測試中是使用頻率比較高的設(shè)備之一,是一種從電源吸收電流并消耗功率的測試儀器,基本都是通過控制內(nèi)部功率器件(Mosfet)導通量,依靠功率管的耗散功率消耗電能。很多初入硬件或者硬件測試的小伙伴分不清楚電源和負載的區(qū)別,簡單的說:
電源:提供功率的設(shè)備,輸出電流以供DUT正常工作
負載:消耗功率的設(shè)備,吸收DUT的輸出電流,將電流轉(zhuǎn)換為熱能耗散掉。
電子負載按照帶載類型主要分為三種:直流電子負載、交流電子負載、交直流電子負載。
顧名思義直流(DC)電子負載就是用在直流輸出產(chǎn)品帶載,交流電子負載就是用在交流輸出產(chǎn)品的帶載。
常見的電子負載主要有以下幾種工作模式:CC、CV、CR、CP、CZ、short、DYNA、OCP、LED等工作模式,下面主要介紹一下這個模式的使用場景和特點。
CC模式是電子負載使用最多的模式,將電子負載設(shè)置為恒流工作模式時,無論外部電壓怎么變化,負載的電流值保持恒定。要注意的是,該模式的電壓是不可以編程的。但是,如果DUT施加的電壓高于規(guī)定電流范圍內(nèi)允許的電壓,就會啟動電子負載的過壓保護機制,跳閘并關(guān)閉輸入。
常見的電子負載在CC模式下的電流檔位都分為兩檔,低電流檔位(CCL)和高電流檔位(CCH),此目的是為了提高帶載精度,因此在使用電子負載的CC模式時要正確的選擇電流檔位。
一個常用的恒流電路,通過此電路很容易獲得精準的電流值。R3為取樣電阻,VREF是給定信號。當給定一個信號VREF時,如R3上的電壓小于VREF,也就是VOP07的-IN小于+IN,OP07加大輸出,增大MOS導通程度,從而加大通過R3的電流。
如果R3上的電壓大于VREF,-IN大于+IN,OP07減小輸出,MOS導通程度減小,也就減少了通過R3的電流。這樣電路始終維持在恒定的電流上,實現(xiàn)恒流工作。
電子負載處于恒壓工作模式時,電子負載試圖消耗足夠的電流來控制電源電壓到程序設(shè)定的值。電子負載的電壓帶載電壓是恒定的,而吸收的電流是不斷變化的。
恒壓電子負載電路,
當電子負載處于恒阻工作模式時,電子負載所消耗的電流與電壓成正比,即保持阻值恒定。
上圖A和B兩點的電壓通過R4加在LM358的+IN腳,也就控制了R1上的電壓,從而控制R1中的電流。這樣,AB兩點的電壓比上電路中的電流,也就是AB兩點的等效電阻。當AB兩點電壓變化時,R1上的電壓也隨之變化,從而通過R1的電流也相應的變化,保證了電路的恒阻特性。
當電子負載處于恒功率工作模式時,負載模塊根據(jù)程序設(shè)定的恒功率值調(diào)整被測設(shè)備的功耗。恒功率功能大部分電子負載都采用恒流電路來實現(xiàn),原理是MCU采樣到輸入電壓后根據(jù)設(shè)定的功率值來計算輸出電流,通過電流的變化來達到恒功率的模式。
定阻抗模式不同于CC、CP這種的帶載方式。定阻抗是為了模擬實際的感抗、阻抗、容抗和負載來進行拉載,因此拉載更能趨近真實情況。CZ模式下可設(shè)定等效串聯(lián)電阻Rs、等效串聯(lián)電感Ls、等效并聯(lián)電容CL以及等效負載電阻RL,設(shè)定完參數(shù)后負載會按照編程的阻抗,進行拉載電流。
電子負載的DYNA功能操作能夠根據(jù)設(shè)定規(guī)則使電子負載在兩種設(shè)定參數(shù)間切換,此功能可以用來測試電源的動態(tài)特性。但是首先要確保電子負載具備動態(tài)負載測試(DYNA)功能,其次關(guān)注電子負載的電流斜率指標,保證電子負載的電流上升速率滿足測試要求。
主要的設(shè)置參數(shù)包括:
①帶載電流高值(I_H)
②帶載電流低值(I_L)
③高值脈寬時間(T_H)
④低值脈寬時間(T_L)
⑤上升斜率(Rise)
⑥下降斜率(False)
⑦循環(huán)周期(Rt)
在DYNA模式中,電子負載的電流斜率是我們最關(guān)心的指標,足夠快的電流斜率更能模擬出DUT實際應用場景下的最惡劣情況,當然并不是越快越好,太快的電流斜率會產(chǎn)生電流過沖,也就是電子負載的電流環(huán)控制不夠好,“快”與“穩(wěn)”始終是一對冤家,又快又穩(wěn)才是我們想要的。選擇電流斜率更高的電子負載性價比更高,對于我們產(chǎn)品測試的適用性更廣泛。
短路測試從字面意思就很容易理解,就是為了模擬短路測試。一般使用電子負載的短路模式需要注意兩點:
①電子負載的短路是不是真的物理短路,能否真的能夠?qū)UT真正的短路;
②電子負載功率比較小,而產(chǎn)品的短路瞬間功率比較大的時候,這個時候可能不能將DUT完全短路,所以也要注意電子負載的功率問題。
OCP模式也是為了測試DUT的輸出電流保護值,在電子負載的的OCP菜單欄正確配置參數(shù)后,運行后電子負載會自動測量出OCP的值。
一般OCP模式需要配置以下幾個參數(shù):
①OCP_start: OCP的起始電流值
②OCP_end:ocp的終止電流值
③OCP_step:這個step在不同的電子負載中表達的意思不同,有的為步進電流值,有的為步進次數(shù)。假設(shè)ocp_start=1A,ocp_end=3A,如果OCP_step=0.1A,那么表示電流每次增加0.1A。如果ocp=10,那么電流每次增加(3-1)/10=0.2A。
④OCP_delay:表示每設(shè)定一次電流后的等待時間,這個時間主要是為了讓DUT的輸出穩(wěn)定后再讀取
⑤OCP_TRG_V: OCP的觸發(fā)電壓,每次增加電流后,電子負載都會讀取一次輸出電壓和觸發(fā)電壓進行比較,當輸出電壓小于觸發(fā)電壓后,電子負載認定DUT已經(jīng)OC,并記錄此時的帶載值。
MOS管上的電壓經(jīng)R2和R3分壓后送入運放+IN與給定值進行計較。A點電壓的變化會引起R2上的電壓變化通過LM358影響Q1的導通程度,從而牽制A點電壓的變化,使A點保持恒壓。
LED模式主要用于LED電源的測試,其內(nèi)置模擬LED特性負載模式,模擬LED導通前電流為0以及導通后按照伏安曲線上升的特點。利用電子負載帶載,有效替代LED燈條以及純電阻性負載的光污染、參數(shù)不穩(wěn)定問題。
除了以上的基本常用模式外,電子負載根據(jù)負載特性的變化,還具有CV+CC、CR+CC、CV+CR、CC+CP等多種組合工作模式。另外基本上各家的電子負載還有一些特別的功能,比如時序測試、紋波測試、快充功能測試等等,在此就不逐個介紹了。
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(Leacesy領(lǐng)圖)是一家精密測試儀器設(shè)備制造商