電子負載

電子負載的原理是控制內部功率MOSFET或晶體管的導通量(量占空比大?。?靠功率管的耗散功率消耗電能的設備,它能夠準確檢測出負載電壓,精確調整負載電流,同時可以實現模擬負載短路,模擬負載是感性阻性和容性,容性負載電流上升時間。 一般開關電源的調試檢測是不可缺少的。


用途

電子負載應該有完善的保護功能。保護功能分為對內(電子負載)保護功能和對外(被測設備)保護功能。對內保護有:過壓保護,過流保護,過功率保護,電壓反向和過溫保護。對外保護有:過流保護,過功率保護,吃載電壓和低電壓保護。選擇電子負載應該選擇是擁有真保護功能的電子負載。如果功能是由硬件實現的,保護速度會很快。如果是由軟件實現,速度有滯后性,并且模組死機的話將會發生危險。

由于電子負載的特殊性能(提供強大的測試環境,以滿足不同的外界需求),故在電子儀器儀表中占有很大的一片市場主要適用于各種電源、電池、適配器及需要電子負載測試場合。


工作原理

電子負載可以模擬真實環境中的負載(用電器)。它有恒流、恒阻、恒壓和恒功率功能。電子負載分為直流電子負載和交流電子負載,由于電子負載的應用面問題,本文主要介紹直流電子負載。

電子負載一般分為單體電子負載和多體電子負載,此劃分針對用戶需求,待測物單一或需多個同時測試而定。我們就以具有代表性的多體電子負載為例來說明,選取了各個廠商的代表性產品:安捷倫N3300A系列,CHROMA63100系列,博計3310D系列和艾德克斯IT8700系列為例針對電子負載的選型加以說明。

可編程電源-電子負載可以模擬真實環境中的負載(用電器),一般對電源要求比較嚴格的廠家都會用電子負載來檢測電源的好壞。它有好多功能,可以調節負載大小,以及短路,過流,動態等等,應該說所有的電源廠家都會有用,而且也必須有。


注意事項

負載的區別:

容性負載:和電源相比,負載電流超前負載電壓一個相位差,此時負載為容性負載(如補償電容負載)。

電路中類似電容的負載,可以使電流超前電壓降低電路功率因數。

一般把負載帶電容參數的負載,即符合電壓滯后電流特性的負載成為容性負載。充放電時,電壓不能突變。其對應的功率因數為負值。對應的感性負載的功率因數為正值。

在高頻領域,是指負載虛部為負值的負載。

一般電源控制類產品,所給出的負載,如未加說明則是給出的是視在功率;即總容量功率;它既包括有功功率,也包括無功功率; 而一般感性負載說明中給出的往往是有功功率的大小,例如熒光燈,標注為15~40瓦的熒光燈,鎮流器消耗功率約為8瓦,實際在考慮用定時器,感應開關在控制它時,則要加上這8瓦;

具體不同的產品感性部分,即無功功率的大小,可以通過其給出的功率因數來計算。

混聯電路中容抗比感抗大,電路呈容性反之為感性。

通常的用電器中并沒有純感性負載和純容性負載。因為這兩種負載不做有用功。

只有在補償電路中才使用純感性負載或純容性負載。又因為絕大多數負載除阻性外,多數為感性負載,因此補償的時候多數就用電容來補償,所以,純容性負載用得比純感性負載多。如電動機,變壓器等等,通常為感性負載。部分日光燈為容性負載。

舉例:

純感性負載就是一組電感。通常用來補償電路中的容性電流。

在電路中帶線圈的用電設備,其線圈部分即為純感性負載。如電動機、變壓器、電風扇、日光燈鎮流器等。

純感性負載的電流是不能突變。感性負載應用廣泛。在電路中帶電容的用電設備,其電容部分即為純容性負載。如補償電容等。

純感性負載[1]  的電流不能突變。從理論上講:純電阻電路、純電容電路、純電感電路是不存在的。

電阻負載在作功時也會有電感、電容性負載存在。例如:導線間會存在線路間的電容,導線間和對地間存在電感,期間感性負載通常大于容性負載。電力電容在作功時也會發熱,即電阻性作功。電感亦如此。元件的阻抗是頻率的函數。在全頻率范圍內純電阻電路、純電容電路、純電感電路是不存在的。

理論上只有可能在某一個頻率存在.實際中應該做不到。

分類

一、 諧波:我國電網的頻率為50Hz,凡是高于50Hz的頻率的波都稱為諧波。諧波是以倍加形式產生,也就是說頻率為50的倍數:100、150、200……,凡是高于50Hz的波稱為高諧波。

二、 負載:指消耗電能的裝置,把電能轉換為機械能、熱能、光能等。負載就是指用電器,例如:燈光、燈管、電爐、電機、冰箱、空調等。

三、 輕載:輕載主要是指電機所帶動的設備比較輕,沒有達到其設計的額定功率,就是實際載荷小于設計載荷。

四、 變載:變載是指電機在運行過程中,所帶動的載荷在不斷的發生變化,有時重,有時輕,反應到電機上為有時輸出的功率大,有時小。在電壓一定的情況下,電流隨負載變化而變化。例如:鍔式破碎機、各種壓力機、沖壓機床、抽油機、壓縮機、油壓機、電動衣車等。

五、 恒載:恒載也稱為固定負載,就是電機在運行過程中,負荷基本不變,電機的輸出功率和電流基本是一個恒定的值。輕載可能是恒載。

六、 超載運行:超載運行是指電機處在一種超過本身載荷能力的運行。比如說一個55KW的電機額定電流為110A,而在實際運行當中電流超過110A,就是超載運行,長期處于超載運行的設備會受到損壞,減少其使用壽命。

七、 負載率:負載率是實際工作電流與額定電流的比值。負載率=實際工作電流÷額定電流×100%

八、 電機額定功率與額定電流的關系:一般講,電機的額定電流是額定功率的2倍。例 如:一個37KW的電機,它的額定電流大約是37*2=74A,一個100KW的電機,它的額定電流大約是100*2=200A

九、 感性負載、阻性負載:對于燈具來講,靠氣體導通發光的燈具就是感性負載,靠電阻絲發光的屬于阻性負載,感性負載如:日光燈、高壓鈉燈、汞燈、金屬鹵化物燈等。阻性負載如:碘鎢燈、白熾燈、電阻爐、烤箱、電熱水器、熱油汀等。電機也屬于感性負載。

十、 幾種常用燈光的實際工作電流:(在電網電壓220V情況下)

1、400W高壓鈉燈單只燈,工作電流為3.1~3.3A。

2、250W高壓鈉燈單只燈,工作電流為2.0~2.3A。

3、400W金屬鹵化物燈單只燈,工作電流為2.0~2.2A。

4、250W金屬鹵化物燈單只燈,工作電流為1.4~1.6A。

5、電感式鎮流器40W日光燈單只燈,工作電流為0.28~0.30A。

6、電子式鎮流器40W日光燈單只燈,工作電流為0.14~0.16A。

根據以上數據可知,燈光耗電除燈光本身外,鎮流器也消耗電能。

十一、在燈光電路中,如果全部采用電抗式鎮流器,裝上節電器后,電流會下降30%,但電子式日光燈電流基本無下降,線路中裝有補償裝置,電流下降也比較少。


其他信息

基本選擇

電壓,電流和功率的選擇

根據被測設備的輸出特性來選擇電子負載:電壓,電流,功率和測試需求精確度。電子負載的模組在測試時只能夠單獨工作或者并聯操作,串聯對于模組來說是很危險的。所以最理想的狀態是所有要求均在單模組的量程范圍內,其次是通過多模組并聯能夠實現的選型。也就是說,所選模組的電壓時一定要符合測試要求。單個模組或者滿裝機框時的電流和功率總和要滿足測試要求。

精確度和分辨率的選擇

精確度和分辨率是電子負載的一個重要的參數指標。

電子負載的精確度不同表示方法的意義。

1%+2d  1%的測量值+最小顯示值的2倍

1%+2%FS: 1%的測量值+1%的滿量程

1%OF:  1%的(滿量程+測量值)

可編程電源-電子負載功能選擇

基本功能選擇

市面上的電子負載均有基本的四項功能:恒流、恒壓、恒阻和恒功率(安捷倫沒有恒功率)。在功能基本相同,精確度相差不大的情況下,怎么判斷是否符合要求呢?CHROMA和博計的電子負載只有一套工作電路,就是恒流功能。其他功能是根據歐姆定律計算出來,雖然標稱有其他功能,但是實際情況是只有恒流功能,通過調節電流來實現其他功能。這樣節省了成本,卻留下了其他功能工作精度低,工作的不穩定,在他們內部流傳的一句話是,恒阻功能的誤差沒有上限。測試完成的情況,要看電源的質量,外部環境和運氣了。而安捷倫電子負載的所有功能均有不同的電路實現,完全能夠很好的完成所標稱的所有極限指標,穩定帶載。

如果只是用到恒流功能,對其他功能要求不多的情況下,可以選用合適的,符合精確度的電子負載。如果對其他功能要求能夠穩定的帶載,就要考慮這個問題了。

動態帶載

動態帶載,就是電子負載做模擬的變化帶載,也叫瞬態。幾個重要的參數:

變化斜率:籠統的說是電子負載可以完成的變化速度,精確地說是電子負載變化時,從變化量的10%~90%的變化速率。恒流狀態下的單位是A/mS,A/uS。

響應時間:電子負載可以完成變化的最小時間。單位uS。

電子負載的動態(瞬態)頻率分為兩種:

動態頻率(只包含一個上升沿或者一個下降沿,或者說單位時間變化的次數),瞬態頻率(一個周期包含上升沿+下降沿)。

一個電子負載是否做的貨真價實,就要看電子負載的變化帶載完成的情況了。如果是硬件實現的功能,就可以用示波器測試電流輸出監視端口,查看波形是否完好。如果出現毛刺或者信噪比很大的情況下,那么此功能僅僅是由軟件計算,而不是硬件實現的。

軟件實現的動態帶載時無法完美的執行電子負載所設定的變化。但是如果要求不高,可忽略這種現象造成的影響。

模擬帶載(外部編程輸入)

本功能是為了實現更復雜的電子負載帶載變化情況而設定的功能。動態帶載是模擬一個梯形波變化的帶載功能,而本功能大大擴充了電子負載所能執行的變化方式。只要信號發生器能夠發生的電壓在10V一下的波形信號,電子負載均能模擬。擁有此功能的電子負載有,安捷倫和博計。其中博計是不建議客戶使用此功能。

序列功能

序列功能是指把很多定態設置按時間順序排列組合成一個測量過程??梢酝瓿梢粋€產品的整個質量參數的測量,本功能大大簡化了繁瑣的設置,減輕了測試工作量。配合存儲設置和調用功能,更是大大簡化了操作。序列的可設置步驟跟據品牌不同而不同。

其他功能

如果還需要電子負載的其他功能,請參看需求選擇擁有這個功能的電子負載。比如

同步功能:可以同時操作多個模組的工作狀態。

聯機接口:GPIB,RS232,LAN,USB,選擇適合的。

組裝ATE測試系統:考慮接線柱連接其他設備的方便性,考慮命令的標準性等等。

過流,過功率測試。OCP,OPP。在產品需要的時候選擇此功能,適用于研發等。

總言:電子負載的種類是多種多樣的,選擇適合的電子負載是電源類研發或者生產中一個重要的方面。在可以接受的成本下,選擇更好更方便的電子負載是提高效率,保證質量的前提。

可靠品牌:(排名不分先后)

美國 安捷倫、臺灣chroma(中茂)、臺灣博計、臺灣艾德克斯(ITECH)中國費思(Faith)