直流电子负载的系统快速校准

2010-04-26胡彩莉黄姣娜

中国测试 2010年3期

胡彩莉，黄姣娜

（信息产业部电子第五研究所赛宝计量检测中心，广东广州 510610）

1 引言

直流电子负载是利用半导体器件吸取电源（或等效电源）的功率并将其消耗的一种模拟负载。它的原理就是通过控制内部功率器件MOS场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管或双极型晶体管的导通量，依靠功率管耗散功率进行消耗电能而起到实物负载的作用。

由于采用了功率半导体器件替代实物电阻作为电能消耗的载体，从而使得负载的调节和控制易于实现，能达到较高的调节精确度和稳定度。同时通过灵活多样的设置调节和控制方式，不但可以模拟实际的电阻等实物负载，而且还可以设置模拟高低两种特殊负载的波形曲线，方便地用于测试电源设备的动态（瞬态）特性。

2 电子负载的校准项目索引

根据JJF 30101-2007得知，直流电子负载的检测项目常有电压测量校准、电流测量校准、定电流（CC）模式电流校准、定电流模式调整率校准、定电压（CV）模式电压校准、定电压模式调整率校准、定电阻（CR）模式电阻校准、定功率（CP）模式功率校准、动态（电流）负载模式参数校准9项。

直流电子负载常用于模拟大电流工作状态，外接线等影响量不容忽视，在校准检测中需要有可靠的方法和系统检测准确度。9项检测项目测试加之其他功能检查看似校准项目繁多，其实在检测过程中常把关联的几项综合起来检测就更快捷。

这里主要介绍把电压测量校准和定电压（CV）模式电压校准合为一项，同时把电流测量校准和定电流（CC）模式电流校准合为一项同进行校准检测，以使工作准确快速高效。

3 传统的检测方法

3.1 电压测量校准

图1为电压测量校准连接框图。直流稳定电源的输出正负对应连接直流电子负载的输入正负端，敏感端与输入端同极性相连，功能设置为本机（Local）状态。数字多用表作为标准表监测直流稳定电源的电压，读出值为标准电压值VM1，直流电子负载面板的电压表指示值为VM2，此时负载的通断开关处于“OFF”断开状态。检测原理就相当校准检测某一电压表。检测结果的偏差为：

图1 电压校准连接框图

3.2 电流测量校准

直流电子负载的输入正端串接精密取样电阻器后连接到直流稳定电源的输出正端，两负端直接相连。数字多用表的输入正负端分别连接到精密取样电阻器R0的电压端。

将直流电子负载功能设置为“CC”模式，选取并设置电流量程和校准电流值，而对应的直流稳定电源设置为“CV”模式。数字多用表一直在直流电压（DCV）功能自动量程上。

依次打开直流电子负载的输入即负载设置为“ON”状态，这时可按下短路键。调整直流稳定电源输出使直流电子负载的电流指示到需要校准的电流值，同时记录数字多用表测得的精密取样电阻上测得的电压值，按量程从低到高检测。然后由式（2）计算出电流测量值的偏差δI：

式中：IM2——直流电子负载的电流指示值；

IM1——数字多用表读得的取样电压值比取样电阻R0的实际值；

V′M1——数字多用表的取样电压值；

R0——取样电阻器R0的实际阻值。

图2 电流校准连接框图

3.3 定电流（CC）模式电流校准

校准连接如图2，设置好直流电子负载的量程和校准值。打开负载功能，调节直流稳定电源的输出使直流电子负载工作在预置电流值的定电流模式下，同时记下数字多用表的电压值，除以取样电阻实际值得到相应的标准电流值，计算公式同式（3）。

3.4 定电压（CV）模式电压校准

如图1连接。直流电子负载的功能置“CV”模式，设置合适的电流量限值。对应的直流稳定电源设置为“CC”模式。

预置好直流电子负载的恒定电压值后，打开负载的输入，调节直流稳定电源的输出使直流电子负载工作在预置电压值的定电压模式下，记录对应的数字多用表上的电压读数，偏差计算同式（1）。

4 合并的综合校准方法

从3.1和3.4的电压测量校准和定电压模式电压校准原理仔细分析，两者的区别仅是有无直流电子负载接入检测线路，即定电压模式时为带载检测，而电压测量校准是无负载接入仅是检测电压表。同理3.2和3.3中的电流测量校准和定电流模式校准也是直流电子负载接入检测电路或是未接入（空载或短路负载）的区别，在“CC”模式下电流表检测的是带负载回路中的电流值。

因此校准中把连接框图综合为一个图，见图3。它既是电压测量校准和定电压模式电压校准展示框图，同时也是电流测量校准和定电流模式电流校准的原理框图，定电阻模式和定功率模式校准原理图都是由图3来完成。