задать вопрос консультанту online
Логотип компании ЭЛТЕХ

Особенности применения электронных нагрузок

24.02.2016

В настоящее время электронные нагрузки (ЭН) широко применяются для тестирования первичных и вторичных источников питания, преобразователей тока и напряжения, а так же для проверок систем модуляция тока.

ЭН просты в использовании и обеспечивают при тестировании большую вариативность, чем набор резисторов. К примеру, при тестировании аккумуляторных батарей, электронной нагрузкой можно симулировать различные режимы работы питаемого батареей устройства: полное функционирование, включение, выключение и режим «сна».

Также ЭН могут использоваться как устройства высокоскоростного управления током, т.к. зачастую источники питания, имеющие высокую скорость нарастания импульса тока, стоят намного больше, чем простой источник питания и дополнительная модулирующая электронная нагрузка. В этом случае требуемые переходные процессы обеспечивает уже непосредственно сама электронная нагрузка, а не источник питания [1].

При тестировании преобразователей напряжения применение электронных нагрузок будет являться простым в управлении и быстрым способом проверки преобразователей всех типов: DC-DC, AC-DC и DC-AC. Регулирование нагрузки, тестирование защиты от перегрузки, тестирование шумов преобразователя могут быть осуществлены как в лаборатории, так и на производстве. Представленные на рынке ЭН производства компании AMETEK Programmable Power могут решить задачи тестирования большинства источников и преобразователей напряжения как постоянного, так и переменного различной частоты, используемых в промышленности.

В то же время, для тестирования источников бесперебойного питания (ИБП) требуется больший комплект вспомогательного оборудования: источник постоянного напряжения, переменного напряжения, электронная нагрузка постоянного тока и электронная нагрузка переменного тока. Источники питания смогут сформировать ситуацию экстренного выключения питания или падения напряжения, в то время как электронные нагрузки позволят реализовать симуляцию реальных устройств на выходе ИБП, таких как компьютерное или сетевое оборудование.

Для тестирования аккумуляторных батарей (АКБ) электронные нагрузки могут быть использованы для непосредственной проверки ёмкости АКБ. Также электронные нагрузки в режиме постоянной потребляемой мощности (Constant Power Mode) могут тестировать работу АКБ при снижении напряжения на её выходе, а так же циклы зарядки/разрядки.

Параметры электронных нагрузок

Электронные нагрузки классифицируются по значениям напряжения, тока и мощности. В отличие от источников питания, для выбора которых обычно необходимо знать лишь максимальные значения тока и напряжения, дополнительным важным параметром электронных нагрузок является максимально допустимая мощность. Таким образом, пользователю необходимо знать действующие напряжения и токи, чтобы использование не перегрузило устройство.

Каждая модель ЭН имеет диапазон входных значений, аналогичный типовой (рис. 1), по которому можно определить, при каких входных значения тока и напряжения допустимо использование данной модели. Любые проверяемые ЭН параметры должны находиться «внутри» данного графика, отличаясь лишь количественно. На рисунке 1 указаны области 1 – область, в которой невозможна работа ЭН из-за слишком низких значений напряжения. Область 2 – собственно сам допустимый диапазон входных значений тока и напряжения ЭН, который возможно протестировать выбранным устройством. Область 3 показывает такие значения тока и напряжения, при которых входная в ЭН мощность будет превышать максимально допустимую мощность.

Особенности выбора электронных нагрузок

Рисунок 1. Область проверяемых электронной нагрузкой значений напряжения (ось x) и тока (ось y) и другие области значений тока и напряжения, касающиеся ЭН.

Например, рассмотрим тестирование ИП с выходными параметрами 12В / 30А. При тестировании такого источника необходимо знать реальные условия его эксплуатации, которые могут отличаться от предельных 12В / 30А. К примеру, если данный ИП работает сначала в режиме 12В / 5A, а затем 3В / 30A, нет необходимости использования ЭН мощностью 360 Вт, достаточно будет использовать нагрузку 90 Вт. Поэтому при выборе ЭН так важно знать реальные условия эксплуатации.

В случае использования нагрузки в качестве модулятора тока, необходим учёт дополнительных параметров ЭН, таких как баланс мощностей.

В случае минимального значения тока напряжение на ЭН максимально, поэтому максимальная мощность достигается в момент переключения с низкого на высокий уровень тока, и составляет четверть от произведения максимального тока на максимальное напряжение.

Динамические проверки

Динамический режим тестирования представляет собой режим, сходный с режимом модуляции тока, но используется для проверки режима работы ИП в случае необходимости управляемого переключения значений тока между различными значениями. Данный режим позволяет симулировать работу конечного устройства в режиме «сна» и полного функционирования. К примеру, время программируемого переключения между различными режимами у ЭН серии Sorensen SL производства AMETEK Programmable Power составляет 50 мкс.

Тестирование низких напряжений

Наличие в ЭН возможности тестирования низких значений напряжения важно для проверки таких источников питания, как АКБ и компьютерные источники питания. Т.к. все электронные нагрузки имеют пороговое значения напряжения для работы, что показано на рис. 1, то максимальный ток не может быть достигнут при значениях напряжения, близких к нулю. Серия Sorensen SL может осуществлять работу на максимальном токе уже при пороговом напряжении 0,6-0,8 В, в то время как другие представленные на рынке нагрузки обладают значением порогового напряжения, равным или большим 1 В.

Если же проверяемое напряжение всё-таки меньше, чем пороговое напряжение, требуемое для работы нагрузки, (что может быть вызвано либо собственно самим низким напряжением ИП, либо падением напряжения на каком-либо элементе схемы), то для тестирования проверяемого напряжения может быть использовано последовательное подключение дополнительного ИП к нагрузке для повышения номинала данного проверяемого низкого напряжения, что является своего рода модуляцией.

Режимы работы электронных нагрузок

В большинстве применений ЭН используется либо как резистор постоянного номинала (CR режим – «Constant Resistance»), либо как потребитель постоянного тока (CC режим «Constant Current»). Режим CR используется в качестве простой замены существующих наборов резисторов. Режим СС является наиболее распространенным при использовании электронных нагрузок. Этот режим позволяет нагрузке имитировать сложную электронную систему, которая имеет различные состояния, и те ситуации, когда потребляемый ток зависит от этих состояний: состояние «сна», частичное функционирование, полное функционирование. Режим постоянного напряжения (CV режим «Constant Voltage») используется для проверки источников тока, АКБ и зарядных устройств. Для зарядных устройств нагрузка может имитировать реальную АКБ, но благодаря возможностям ЭН, проверка зарядных устройств займёт несколько секунд, вместо многочасовой зарядки и мониторинга реальной АКБ.

Кроме того, существующий режим постоянной мощности (Режим CP «Constant Power») позволяет протестировать первичные источники питания. Цикл зарядки АКБ показан на рисунке 2.

Рисунок 2. Цикл зарядки АКБ. Параметры электронной нагрузки могут быть выставлены в соответствии с значениями каждой отдельной точки данной кривой для проверки правильной и безопасной работы зарядного устройства.

Вывод

Электронные нагрузки могут широко использоваться в технике и промышленности. Для правильного выбора нагрузки, в первую очередь важно, чтобы все параметры испытуемого оборудования были учтены. В таком случае выбор нагрузки ограничивается подбором параметров по индивидуальной нагрузочной характеристике ЭН.

Другие факторы выбора включают быстродействие нагрузки, режимы работы, количество аналоговых входов и выходов, возможность программирования и компьютерное управление. При правильном выборе, электронная нагрузка будет простой и эффективной заменой наборам резисторов, представляя собой достаточно гибкое в настройке средство тестирования, схожее по свойствам с реальными электронными устройствами-потребителями электроэнергии.

 

Список литературы:

  1. Хансуваров Р.А. Применение источников питания для тестирования мощных лазерных диодов // Силовая электроника. 2016. № 1.