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什么是電子負載？電子負載基礎知識
閱讀：2558 發(fā)布時間：2022-7-21電源極性定義了電源和電子負載。當電流流過正電壓端子時，電源會像電子負載一樣吸取電流。
為什么需要直流電子負載？
當電源吸收電流（功耗）時，它本質(zhì)上就像一個電子負載。電子負載設計模仿功耗設備。拉動電源，讓電源“看到”DUT 的負載（應用和環(huán)境）。它可以編程以提供不同類型的負載，并具有靜態(tài)和動態(tài)負載模式。實際負載更復雜且不可預測，但電子負載可以提供穩(wěn)定且可編程的負載模式。
在設計、制造和評估直流電源（電池、轉換器和逆變器）時，直流電子負載是不可少的工具。其他應用包括燃料電池和光伏測試。
直流電子負載由一組功率晶體管或金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）組成，用于消耗或吸收功率。電流放大器通過切換這些晶體管來調(diào)制電子負載的輸入電流。
電子負載應用
隨著技術的進步，傳統(tǒng)的機械驅動逐漸被電力驅動所取代，電力消耗明顯增加。由于電力需求的顯著增加，人們越來越重視節(jié)能。設計師們競相開發(fā)各種節(jié)能產(chǎn)品。對電源和用電設備的嚴格測試可以擴展直流電子負載的應用。
以下是電子負載的一些常見應用以及行業(yè)如何幫助您測量它們。
電源轉換器和逆變器測試一種快速測試DC-DC、AC-DC 和DC-AC 的方法。通過在輸出端子上施加電子負載，可以在通電的情況下模擬產(chǎn)品。不同級別的負載可用于測試最小和最大輸入開啟電壓水平。電子負載可用于測量紋波和噪聲，調(diào)整負載和電源，以及測試過壓和過流保護。
不間斷電源(UPS) — 全面測試需要交流電源、直流電源、直流負載和交流負載。直流負載使用負載組來測試UPS 的備用電池和充電器。交流負載測試是整個UPS 系統(tǒng)。負載組測試可以驗證控制系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性和有效性以及UPS在各種負載條件下提供所需功率的能力。
電池和燃料電池— 與電阻負載組相比，通過提供恒定負載來縮短測試時間。對于容量測試，使用CP 模式以在電池電壓隨時間下降時提供一致的功耗。電子負載可以編程輸出不同的負載曲線，包括快速跳躍，允許用戶測試電池充電和放電循環(huán)的特性曲線。
太陽能電池板— 高功率太陽能測試的*佳解決方案。它可以以較低的成本提供大電流。使用CV 模式捕獲I-V 曲線或增加電壓以進行電流測量。
便攜式設備— 通過對電子負載進行編程以模擬產(chǎn)品的不同電源狀態(tài)（例如睡眠模式、節(jié)能模式和全功率模式）來執(zhí)行功耗測試。
典型的電子負載包括：
• 多種測量功能，可測量電壓、電流、功率、峰值、平均值、最小值和最大值
• 輸入讀數(shù)和測量讀數(shù)可以通過前面板顯示。
• 獨立通道操作
• 內(nèi)置脈沖發(fā)生器，用于連續(xù)運行、脈沖運行和觸發(fā)瞬態(tài)運行
• 觸發(fā)輸入，支持并行配置，實現(xiàn)同步測量
• 通過SCPI 命令語言進行遠程編程
直流電子負載工作方式
確定被測設備的負載測試類型后，必須在負載下選擇模式。電子負載常見的工作模式是恒流(CC)、恒壓(CV)、恒功率(CP) 和恒阻(CR) 模式。將電子負載編程為特定模式后，它會保持該模式直到模式改變。此外，當出現(xiàn)過功率、過溫等故障情況時，模式也會發(fā)生變化。選擇模式時，以下電流，電阻，電壓和電源模式參數(shù)都是可編程的。通過前面板選擇模式或通過編程設置模式時，大多數(shù)相關參數(shù)都應用在輸入端子上（例外情況參見模式說明中的備注）。
恒流操作(CC)
在此模式下，無論輸入電壓是多少，負載模塊都會根據(jù)其編程值汲取電流。
粗實線表示可能的工作點與輸入電流之間的關系。恒流(CC) 狀態(tài)標志表示在設定的設定點輸出電流。
在CC 操作中電壓限制是不可編程的。但是，如果DUT 施加的電壓高于設定電流范圍允許的電壓，則過壓保護機制將激活，輸入跳閘并關閉。
電流可在兩個重疊范圍之一內(nèi)編程：高范圍和低范圍。較低的范圍在較低的電流設置下提供更好的分辨率。負載選擇與編程范圍值相對應的范圍。如果量程值在量程重疊區(qū)域，則選擇低負載量程。電流當電流超出低范圍時，負載自動將輸入從低范圍調(diào)整到最高值。如果您稍后編程的輸入值超出下限，前面板顯示屏將顯示“超出范圍”錯誤消息。
恒壓工作(CV)
在此模式下，負載模塊嘗試汲取足夠的電流以將電源電壓控制為其編程值。
粗實線表示可能的工作點與輸入電壓之間的關系。
電流限制是為恒壓(CV) 操作設置的。實線的水平部分表示如果負載電流保持在電流限制設置的范圍內(nèi)，則輸出電壓將保持在其編程設置。 CV 狀態(tài)標志表示輸出電流在限制設置范圍內(nèi)。
當輸出電流達到電流限制時，器件將不再工作在恒壓模式，輸出電壓將不再保持恒定。相反，電子負載現(xiàn)在將輸出電流調(diào)整到電流限制設置。設置負電流限制狀態(tài)標志以指示已達到電流限制。如果電壓繼續(xù)升高，直到超過規(guī)定電源流量的規(guī)定允許電壓或最大功率等值線，過壓保護機制被激活，跳閘并斷開輸入。
恒阻運行(CR)
在這種模式下，負載模塊吸收的電流與編程電阻的輸入電壓成正比。
粗實線表示可能的工作點與電阻設置之間的關系。電阻的對角線延伸至Rmin（虛線），允許電子負載在負載大電流的同時產(chǎn)生低電壓。
電阻器可編程為三個重疊電阻范圍之一（高、中和低）。負載選擇與編程電阻值相對應的范圍。如果電阻值在量程重疊區(qū)域，負載選擇分辨率最高的量程。如果當前輸入設置超出所選范圍，負載將自動將輸入設置調(diào)整為新選擇范圍內(nèi)接近的可用值。如果您稍后編程的輸入值超出新選擇的范圍，前面板顯示屏將顯示“超出范圍”錯誤消息。
恒功率運行(CP)
在恒功率操作中，負載模塊根據(jù)編程的恒功率值調(diào)整被測設備的功耗。
負載模塊通過測量輸入電壓和電流來調(diào)整輸入功率，并根據(jù)來自AD轉換器的測試數(shù)據(jù)流來調(diào)整輸入功率。在CP 模式下，其編程范圍包括選定的電壓和電流測量范圍。電子負載會自動選擇盡可能低的量程，以提供更好的分辨率和精度。
負載模塊具有內(nèi)置過功率保護功能，可防止功率超過負載模塊的額定輸出（最大功率曲線）2% 以上。
如何選擇合適的電子負載
市場上有各種直流電子負載產(chǎn)品。如何選擇合適的電子負載以滿足您的應用要求非常重要。以下是選擇合適的電子負載時需要考慮的一些基本因素：
• 額定容量
- 最大電壓、電流和額定功率可以提供應用所需的基本信息，以便電子負載能夠處理電源的容量。
• 動態(tài)測試
- 一些負載是動態(tài)負載，電子負載的所有特性都允許其他特性，例如脈沖、階躍和斜率變化。
• 操作模式- CR、CC、CV 和CP
-CC 用于功耗測試。
-CR 可以直接代替電阻。
-CV 用于測試當前電源。
-CP 用于存儲容量測試
• 電腦控制
如果無法通過前面板設置參數(shù)，可以使用RS232、GPIB 或USB 創(chuàng)建復雜的測試程序。
• 尺寸
直流電子負載尺寸
直流電子負載有幾個與電源相關的維度。以下是電子負載的三個常見尺寸：
1.電子負載桌面產(chǎn)品
臺式機在實驗室環(huán)境中尤為常見。這種低成本裝置提供基本功能并通過前面板完成大部分設置。電子負載配備基本連接，如GPIB 或RS232，可用于遠程編程。較新的型號可能具有USB 功能。
臺式單輸入電子負載是一種具有基本功能的低成本電器。
2.系統(tǒng)電子負載
它通常內(nèi)置于主要用于自動化測試系統(tǒng)(ATE) 的機架系統(tǒng)中。 ATE 集成到高吞吐量、高功率（5KW 及更高）的制造環(huán)境中，可以同時測試多個設備。系統(tǒng)采用局域網(wǎng)等先進的連接方式。
機架配置中使用的系統(tǒng)電子負載主要用于ATE測試
3. 模塊化電子負載
它通常由一臺帶有計算處理器的主機組成，模塊化電子負載和電源在同一臺主機上協(xié)同工作。其他模塊可以根據(jù)應用需求進行更改和靈活調(diào)整大小。模塊化電子負載通常配備大顯示屏，可通過趨勢圖查看基本分析。下圖所示的N6705C 直流電源分析儀具有USB 和LAN 連接。
模塊化電子負載有助于在制造環(huán)境中進行測試。
模塊化電子負載在制造環(huán)境中非常普遍，這些設備可以輕松添加到1U 高的主機中。大多數(shù)測試系統(tǒng)已經(jīng)有電源，因此您可以輕松添加負載。主機采用前后散熱，僅需1U機架空間。上圖中的N6700C 電源模塊具有USB 和LAN 連接。
N6700C 電源模塊是一款緊湊、靈活且快速的電源，非常適合研發(fā)、設計驗證和ATE 應用。
綜上所述，電子負載是消耗電源電流的設備，工作在笛卡爾坐標系的第二和第四象限，應用包括電力電子和能源市場。先進的電子負載復雜且動態(tài)改變實際負載。有4 種常見的操作模式：CC、CV、CP 和CR。可根據(jù)應用要求選擇不同類型的電子負載。
在詳細了解電子負載之前，我們先了解一下電源極性的定義。這個基本概念可以幫助您了解電子負載的工作原理。圖1為標準電壓電流極性的電源（兩端器件）示意圖。標準電源通常是輸出功率的設備。要輸出功率，電流必須從正電壓端子流出。大多數(shù)電源通過提供正輸出電壓和正輸出電流來提供電能。極性通常是指電壓的極性，而不是電流的方向。當電流流過正電壓端子時，電源會像電子負載一樣吸取電流。它不是提供電力，而是吸收和消耗功率。
圖1. 電源極性定義
圖2. 笛卡爾坐標系
雙極電源可以在所有四個象限中運行。在第一象限和第三象限中，雙極電源提供電源，電流從正電壓端子流出。在象限2和4中，雙極電源消耗功率，電流流向正電壓端，如如圖2。為什么需要直流電子負載？
當電源吸收電流（功耗）時，它本質(zhì)上就像一個電子負載。電子負載設計模仿功耗設備。拉動電源，讓電源“看到”DUT 的負載（應用和環(huán)境）。它可以編程以提供不同類型的負載，并具有靜態(tài)和動態(tài)負載模式。實際負載更復雜且不可預測，但電子負載可以提供穩(wěn)定且可編程的負載模式。
在設計、制造和評估直流電源（電池、轉換器和逆變器）時，直流電子負載是不可少的工具。其他應用包括燃料電池和光伏測試。
直流電子負載由一組功率晶體管或金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）組成，用于消耗或吸收功率。電流放大器通過切換這些晶體管來調(diào)制電子負載的輸入電流。
電子負載應用
隨著技術的進步，傳統(tǒng)的機械驅動逐漸被電力驅動所取代，電力消耗明顯增加。由于電力需求的顯著增加，人們越來越重視節(jié)能。設計師們競相開發(fā)各種節(jié)能產(chǎn)品。對電源和用電設備的嚴格測試可以擴展直流電子負載的應用。
以下是電子負載的一些常見應用以及行業(yè)如何幫助您測量它們。
電源轉換器和逆變器測試一種快速測試DC-DC、AC-DC 和DC-AC 的方法。通過在輸出端子上施加電子負載，可以在通電的情況下模擬產(chǎn)品。不同級別的負載可用于測試最小和最大輸入開啟電壓水平。電子負載可用于測量紋波和噪聲，調(diào)整負載和電源，以及測試過壓和過流保護。
不間斷電源(UPS) — 全面測試需要交流電源、直流電源、直流負載和交流負載。直流負載使用負載組來測試UPS 的備用電池和充電器。交流負載測試是整個UPS 系統(tǒng)。負載組測試可以驗證控制系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性和有效性以及UPS在各種負載條件下提供所需功率的能力。
電池和燃料電池— 與電阻負載組相比，通過提供恒定負載來縮短測試時間。對于容量測試，使用CP 模式以在電池電壓隨時間下降時提供一致的功耗。電子負載可以編程輸出不同的負載曲線，包括快速跳躍，允許用戶測試電池充電和放電循環(huán)的特性曲線。
太陽能電池板— 高功率太陽能測試的*佳解決方案。它可以以較低的成本提供大電流。使用CV 模式捕獲I-V 曲線或增加電壓以進行電流測量。
便攜式設備— 通過對電子負載進行編程以模擬產(chǎn)品的不同電源狀態(tài)（例如睡眠模式、節(jié)能模式和全功率模式）來執(zhí)行功耗測試。
典型的電子負載包括：
• 多種測量功能，可測量電壓、電流、功率、峰值、平均值、最小值和最大值
• 輸入讀數(shù)和測量讀數(shù)可以通過前面板顯示。
• 獨立通道操作
• 內(nèi)置脈沖發(fā)生器，用于連續(xù)運行、脈沖運行和觸發(fā)瞬態(tài)運行
• 觸發(fā)輸入，支持并行配置，實現(xiàn)同步測量
• 通過SCPI 命令語言進行遠程編程
直流電子負載工作方式
確定被測設備的負載測試類型后，必須在負載下選擇模式。電子負載常見的工作模式是恒流(CC)、恒壓(CV)、恒功率(CP) 和恒阻(CR) 模式。將電子負載編程為特定模式后，它會保持該模式直到模式改變。此外，當出現(xiàn)過功率、過溫等故障情況時，模式也會發(fā)生變化。選擇模式時，以下電流，電阻，電壓和電源模式參數(shù)都是可編程的。通過前面板選擇模式或通過編程設置模式時，大多數(shù)相關參數(shù)都應用在輸入端子上（例外情況參見模式說明中的備注）。
恒流操作(CC)
在此模式下，無論輸入電壓是多少，負載模塊都會根據(jù)其編程值汲取電流。
粗實線表示可能的工作點與輸入電流之間的關系。恒流(CC) 狀態(tài)標志表示在設定的設定點輸出電流。
在CC 操作中電壓限制是不可編程的。但是，如果DUT 施加的電壓高于設定電流范圍允許的電壓，則過壓保護機制將激活，輸入跳閘并關閉。
電流可在兩個重疊范圍之一內(nèi)編程：高范圍和低范圍。較低的范圍在較低的電流設置下提供更好的分辨率。負載選擇與編程范圍值相對應的范圍。如果量程值在量程重疊區(qū)域，則選擇低負載量程。電流當電流超出低范圍時，負載自動將輸入從低范圍調(diào)整到最高值。如果您稍后編程的輸入值超出下限，前面板顯示屏將顯示“超出范圍”錯誤消息。
恒壓工作(CV)
在此模式下，負載模塊嘗試汲取足夠的電流以將電源電壓控制為其編程值。
粗實線表示可能的工作點與輸入電壓之間的關系。
電流限制是為恒壓(CV) 操作設置的。實線的水平部分表示如果負載電流保持在電流限制設置的范圍內(nèi)，則輸出電壓將保持在其編程設置。 CV 狀態(tài)標志表示輸出電流在限制設置范圍內(nèi)。
當輸出電流達到電流限制時，器件將不再工作在恒壓模式，輸出電壓將不再保持恒定。相反，電子負載現(xiàn)在將輸出電流調(diào)整到電流限制設置。設置負電流限制狀態(tài)標志以指示已達到電流限制。如果電壓繼續(xù)升高，直到超過規(guī)定電源流量的規(guī)定允許電壓或最大功率等值線，過壓保護機制被激活，跳閘并斷開輸入。
恒阻運行(CR)
在這種模式下，負載模塊吸收的電流與編程電阻的輸入電壓成正比。
粗實線表示可能的工作點與電阻設置之間的關系。電阻的對角線延伸至Rmin（虛線），允許電子負載在負載大電流的同時產(chǎn)生低電壓。
電阻器可編程為三個重疊電阻范圍之一（高、中和低）。負載選擇與編程電阻值相對應的范圍。如果電阻值在量程重疊區(qū)域，負載選擇分辨率最高的量程。如果當前輸入設置超出所選范圍，負載將自動將輸入設置調(diào)整為新選擇范圍內(nèi)接近的可用值。如果您稍后編程的輸入值超出新選擇的范圍，前面板顯示屏將顯示“超出范圍”錯誤消息。
恒功率運行(CP)
在恒功率操作中，負載模塊根據(jù)編程的恒功率值調(diào)整被測設備的功耗。
負載模塊通過測量輸入電壓和電流來調(diào)整輸入功率，并根據(jù)來自AD轉換器的測試數(shù)據(jù)流來調(diào)整輸入功率。在CP 模式下，其編程范圍包括選定的電壓和電流測量范圍。電子負載會自動選擇盡可能低的量程，以提供更好的分辨率和精度。
負載模塊具有內(nèi)置過功率保護功能，可防止功率超過負載模塊的額定輸出（最大功率曲線）2% 以上。
如何選擇合適的電子負載
市場上有各種直流電子負載產(chǎn)品。如何選擇合適的電子負載以滿足您的應用要求非常重要。以下是選擇合適的電子負載時需要考慮的一些基本因素：
• 額定容量
- 最大電壓、電流和額定功率可以提供應用所需的基本信息，以便電子負載能夠處理電源的容量。
• 動態(tài)測試
- 一些負載是動態(tài)負載，電子負載的所有特性都允許其他特性，例如脈沖、階躍和斜率變化。
• 操作模式- CR、CC、CV 和CP
-CC 用于功耗測試。
-CR 可以直接代替電阻。
-CV 用于測試當前電源。
-CP 用于存儲容量測試
• 電腦控制
如果無法通過前面板設置參數(shù)，可以使用RS232、GPIB 或USB 創(chuàng)建復雜的測試程序。
• 尺寸
直流電子負載尺寸
直流電子負載有幾個與電源相關的維度。以下是電子負載的三個常見尺寸：
1.電子負載桌面產(chǎn)品
臺式機在實驗室環(huán)境中尤為常見。這種低成本裝置提供基本功能并通過前面板完成大部分設置。電子負載配備基本連接，如GPIB 或RS232，可用于遠程編程。較新的型號可能具有USB 功能。
臺式單輸入電子負載是一種具有基本功能的低成本電器。
2.系統(tǒng)電子負載
它通常內(nèi)置于主要用于自動化測試系統(tǒng)(ATE) 的機架系統(tǒng)中。 ATE 集成到高吞吐量、高功率（5KW 及更高）的制造環(huán)境中，可以同時測試多個設備。系統(tǒng)采用局域網(wǎng)等先進的連接方式。
機架配置中使用的系統(tǒng)電子負載主要用于ATE測試
3. 模塊化電子負載
它通常由一臺帶有計算處理器的主機組成，模塊化電子負載和電源在同一臺主機上協(xié)同工作。其他模塊可以根據(jù)應用需求進行更改和靈活調(diào)整大小。模塊化電子負載通常配備大顯示屏，可通過趨勢圖查看基本分析。下圖所示的N6705C 直流電源分析儀具有USB 和LAN 連接。
模塊化電子負載有助于在制造環(huán)境中進行測試。
模塊化電子負載在制造環(huán)境中非常普遍，這些設備可以輕松添加到1U 高的主機中。大多數(shù)測試系統(tǒng)已經(jīng)有電源，因此您可以輕松添加負載。主機采用前后散熱，僅需1U機架空間。上圖中的N6700C 電源模塊具有USB 和LAN 連接。
N6700C 電源模塊是一款緊湊、靈活且快速的電源，非常適合研發(fā)、設計驗證和ATE 應用。
綜上所述，電子負載是消耗電源電流的設備，工作在笛卡爾坐標系的第二和第四象限，應用包括電力電子和能源市場。先進的電子負載復雜且動態(tài)改變實際負載。有4 種常見的操作模式：CC、CV、CP 和CR。可根據(jù)應用要求選擇不同類型的電子負載。