标签: 电源测试

在电源产品的测试中， 电子负载是必不可少的设备。 多数的电源产品为恒压类产品， 例如电池、电源适配器等。 对这些产品的测试， 为了测试这些产品在实际使用是的工作参数， 需要利用电子负载的恒流（ CC ）或是恒阻（ CR ）工作模式。 也就是说， 在测试过程中通过改变被测电源的工作电流， 来验证电源输出工作电压的稳定性、效率、瞬态特性及其它特性。     为了提高测试精度， 就必须考虑电子负载的这两种工作模式对被测电源产品的影响。 有观点认为测试电压源时，恒流和恒阻负载可以互换。该观点在一定程度上正确，但有些条件下可能会有问题，因为这两种负载的工作模式对被测电源的性能存在明显不同的影响。   首先，我们探讨静态时的工作性能。 我们以此为例， 分别对一个零输出电阻的理想电压源，例如稳压电源， 以及电池这样的非理想电压源进行测试。在电池中， 由于存在内阻， 因此通常被视为非理性的电压源。 在图 1 所示中， 两个电源拥有相同的开路电压。电源输出特征上方是两条负载线：恒流负载线和恒阻负载线。如图所示，理想电压源的电压曲线（ Ideal Voltage Source ） , 当负载的牵引电流发生变化时，或是外接电阻发生变化时， 电压输出将保持稳定。 但是， 对于电池这样的非理想电压源， 由于内阻的存在， 随着牵引电流的增大， 或者外部电阻的下降，内阻消耗的电压上升，导致输出电压（端电压） 的下降。 如图中的Non-Ideal Voltage Source 曲线。   图 1 ：理想 / 非理想电压源的恒流和恒阻负载特性   恒流负载经常用于电源产品的静态测试， 使被测电源在指定电流输出时，精确测量到的工作电源电压。 恒流负载此时模块的被测电源的工作环境，而设置的时候， 也无需考虑被测电源输出电压高低，或者是否符合标准。电池等非理想电压源较为复杂，通常需要测量指定恒流和恒阻负载条件下的技术指标，以表征在实际应用环境中的负载特征。 鉴于电池输出电压（端电压）与负载相关，在实际的测试过程中， 需要分别表征它在恒流或恒阻工作模式下的工作特性。      现在，我们讨论动态性能。恒流负载对电源启动、瞬态性能和稳定性的影响高于恒阻负载。在电源启动时，起初始输出电压为零，而恒阻负载启动时的电流需求为零。 但是，恒流负载则需要全电流， 它可能导致有些电源无法正常启动。由于电流需求取决于电压，恒阻负载具有阻尼效果，电流需求可以随瞬态电压的升高或降低而增加或减少，因此对被测电源瞬态响应和稳定性的影响较小。恒流负载则不具有类似效果，它会降低电源的瞬态响应和稳定性。在实际工作中，使用恒流或恒阻负载取决于被测电源技术指标规定的测试条件。 对于电池这样的非理想电源，其性能也会受到动态因素影响， 这主意由于电池本身的内阻和复杂的放电特性决定的，这也是我们常说的电池输出响应模型。 这个电池模型， 决定了电池的输出端电压会随着电流变化而变化。               因此，在先进的电子负载中，通常都具备恒压、恒流和恒阻工作模式。在测量电源产品的过程中，不同的工作模式都会直接影响被测电源的特性。选用正确的负载工作模式，可以帮我们实现相对精确和完整的测试。    

   如今随着电子产品电压的不断攀升， 400V ， 600V 甚至 1000V ，能满足如此高电压的电子负载型号非常有限。于是很多人就会考虑将多台电子负载串联的办法，但是绝大部分的电子负载都是无法串联使用的。                电子负载和直流电源一样，具有正、负极接线端子，一般用于电源产品的测试时吸收电源的功率。当然，除了直流电源，包括 DC-DC 适配器，锂电池，燃料电池或者太阳能板等都会使用到电子负载。       如果我们要测试一个固定输出 20V ，最大电流 5A ，功率 100W 的直流电源，那我们就必须使用一台电压、电流及功率与之相当，甚至更大的电子负载来吸收来自电源的功率。因为电源是一个恒定电压输出 20V 的恒压 CV 源，测试时电子负载就需要工作在恒流 CC 模式，并设定其电流从 0A 至 5A 之间。当然，如果是其他类型的恒流 CC 直流电源，电子负载就需要工作在恒压 CV 模式，还有一些情况需要电子负载工作在 CR 或者 CP 模式。关于直流电源及电子负载的恒压 CV 或恒流 CC 模式，可以阅读我之前的博客文章。              通常如果被测的直流电源的功率较大，而单个的电子负载没有足够的功率，我们可能会希望将多个电子负载进行串联或并联来扩展电子负载的功率。如果是电流不够，我们可以通过将多台电子负载并联起来，但如果电压不够，是否也可以使用几台电子负载进行串联呢？       如果你这样做，估计你不但不能够实现你的测试目的，更可能得到的结局是损坏电子负载。   接下来我们就一起分析这是为什么？当然，我们必须事先了解电子负载是如何工作的，这个在之前的博客文章中有介绍。电子负载是通过控制和调整跨接在其输入端的 FET 功率场效应管 R DS ，似乎将多台电子负载串联应该没有什么大问题。如图 2 所示，假如我们将两台串联的电子负载都设置为 CC 模式，而且设置为完全相同的电流值，譬如都设置为 10.00A 。但实际上电子负载不可能是绝对的 10.00A ，如果其中一台实际为 9.99A ，而另外一台为 10.01A 。这样一来，电子负载 2 就不可能达到其设置值，因此，它就不停的减小 FET 的 R DS 直到 0 （短路），这样所有的电压就全部加载到电子负载 1 上使得它过压损坏。     也有人建议两台电子负载分别工作于恒流 CC 模式和恒压 CV 模式，而且这似乎可以实现设定电压、电流点的工作状态。但是如何让这两台电子负载进入到设定的 CC 及 CV 工作点？ ·          假设我们先设定好电子负载，然后再将负载连接到被测电源，设定于 CC 模式的电子负载因为没有任何电流，因此将 FET 的 R DS 设置为 0 （短路）；而设定于 CV 模式的电子负载因为没有任何电压，将 FET 的 R DS 设置为 +∞ （开路）。所以在电源接入的瞬间，电源上的所有电压 100V 都加载到 CV 模式的负载上，就可能损坏。 ·          有一种折中的方法，通过调节直流电源的上电电压斜率，让被测的电源慢慢的抬升其输出电压（需要被测电源具备这样的能力），这样有可能让这两台串联的电子负载进入设定的工作点。 ·          即使这样，如果在工作过程中出现任何异常，触发电子负载的保护，两台电子负载分别会进入短路或开路的情况，依然会导致电源的电压 100V 加载到电子负载输入端的情况，损坏电子负载。        通过以上分析，我相信你已经非常清楚为什么我们不推荐多台电子负载进行串联实现更高电压测试！     电子负载内部如何实现CV，CC及CR功能，请阅读文章： http://bbs.ednchina.com/BLOG_ARTICLE_3017151.HTM   （以上内容，转载于“宝华的博客”http://bbs.ednchina.com/BLOG_baohua.lv_2002148.HTM）