直流電子負載的系統快速校準

胡彩莉，黃姣娜

（信息產業部電子第五研究所賽寶計量檢測中心，廣東 廣州 510610）

1 引言

直流電子負載是利用半導體器件吸取電源（或等效電源）的功率并將其消耗的一種模擬負載。它的原理就是通過控制內部功率器件MOS場效應晶體管、絕緣柵雙極型晶體管或雙極型晶體管的導通量，依靠功率管耗散功率進行消耗電能而起到實物負載的作用。

由于采用了功率半導體器件替代實物電阻作為電能消耗的載體，從而使得負載的調節和控制易于實現，能達到較高的調節精確度和穩定度。同時通過靈活多樣的設置調節和控制方式，不但可以模擬實際的電阻等實物負載，而且還可以設置模擬高低兩種特殊負載的波形曲線，方便地用于測試電源設備的動態（瞬態）特性。

2 電子負載的校準項目索引

根據JJF 30101-2007得知，直流電子負載的檢測項目常有電壓測量校準、電流測量校準、定電流（CC）模式電流校準、定電流模式調整率校準、定電壓（CV）模式電壓校準、定電壓模式調整率校準、定電阻（CR）模式電阻校準、定功率（CP）模式功率校準、動態（電流）負載模式參數校準9項。

直流電子負載常用于模擬大電流工作狀態，外接線等影響量不容忽視，在校準檢測中需要有可靠的方法和系統檢測準確度。9項檢測項目測試加之其他功能檢查看似校準項目繁多，其實在檢測過程中常把關聯的幾項綜合起來檢測就更快捷。

這里主要介紹把電壓測量校準和定電壓（CV）模式電壓校準合為一項，同時把電流測量校準和定電流（CC）模式電流校準合為一項同進行校準檢測，以使工作準確快速高效。

3 傳統的檢測方法

3.1 電壓測量校準

圖1為電壓測量校準連接框圖。直流穩定電源的輸出正負對應連接直流電子負載的輸入正負端，敏感端與輸入端同極性相連，功能設置為本機（Local）狀態。數字多用表作為標準表監測直流穩定電源的電壓，讀出值為標準電壓值VM1，直流電子負載面板的電壓表指示值為VM2，此時負載的通斷開關處于“OFF”斷開狀態。檢測原理就相當校準檢測某一電壓表。檢測結果的偏差為：

圖1 電壓校準連接框圖

3.2 電流測量校準

直流電子負載的輸入正端串接精密取樣電阻器后連接到直流穩定電源的輸出正端，兩負端直接相連。數字多用表的輸入正負端分別連接到精密取樣電阻器R0的電壓端。

將直流電子負載功能設置為“CC”模式，選取并設置電流量程和校準電流值，而對應的直流穩定電源設置為“CV”模式。數字多用表一直在直流電壓（DCV）功能自動量程上。

依次打開直流電子負載的輸入即負載設置為“ON”狀態，這時可按下短路鍵。調整直流穩定電源輸出使直流電子負載的電流指示到需要校準的電流值，同時記錄數字多用表測得的精密取樣電阻上測得的電壓值，按量程從低到高檢測。然后由式（2）計算出電流測量值的偏差δI：

式中：IM2——直流電子負載的電流指示值；

IM1——數字多用表讀得的取樣電壓值比取樣電阻R0的實際值；

V′M1——數字多用表的取樣電壓值；

R0——取樣電阻器R0的實際阻值。

圖2 電流校準連接框圖

3.3 定電流（CC）模式電流校準

校準連接如圖2，設置好直流電子負載的量程和校準值。打開負載功能，調節直流穩定電源的輸出使直流電子負載工作在預置電流值的定電流模式下，同時記下數字多用表的電壓值，除以取樣電阻實際值得到相應的標準電流值，計算公式同式（3）。

3.4 定電壓（CV）模式電壓校準

如圖1連接。直流電子負載的功能置“CV”模式，設置合適的電流量限值。對應的直流穩定電源設置為“CC”模式。

預置好直流電子負載的恒定電壓值后，打開負載的輸入，調節直流穩定電源的輸出使直流電子負載工作在預置電壓值的定電壓模式下，記錄對應的數字多用表上的電壓讀數，偏差計算同式（1）。

4 合并的綜合校準方法

從3.1和3.4的電壓測量校準和定電壓模式電壓校準原理仔細分析，兩者的區別僅是有無直流電子負載接入檢測線路，即定電壓模式時為帶載檢測，而電壓測量校準是無負載接入僅是檢測電壓表。同理3.2和3.3中的電流測量校準和定電流模式校準也是直流電子負載接入檢測電路或是未接入（空載或短路負載）的區別，在“CC”模式下電流表檢測的是帶負載回路中的電流值。

因此校準中把連接框圖綜合為一個圖，見圖3。它既是電壓測量校準和定電壓模式電壓校準展示框圖，同時也是電流測量校準和定電流模式電流校準的原理框圖，定電阻模式和定功率模式校準原理圖都是由圖3來完成。

圖3 綜合測試圖1

在加上負載的情況下，電壓校準和“CV”模式恒壓校準值，對檢測結果分別記錄。同理電流校準和"CC"模式恒流校準值也是帶上負載檢測，分別記錄兩項電流值。

圖4為實際校準中常用帶前后測量端的數字多用表如型號為34401A和2000等六位半的數字多用表，用前后一鍵轉換即可很方便地檢測到電壓值或電流值。

圖4 綜合測試圖 2

關于檢測點的選取一般分別取量程的上限（接近滿量程）和下限（大于1/10量程），電壓測量校準和電流測量校準僅在量程中間加測一點，共為三點。

這里需要說明的是，電壓表的連接必須接在負載端，而且要用標準的大電流線，越短越好。因為在大電流一般大于10A時，連接線上的壓降是不容忽視的，連接點是非常重要，不能如圖1那樣空載時任意并接。1m長的大電流線首尾會產生大于0.1%的偏差，若不是標準大電流線電壓的跌落會更大，誤差值隨之增大。

同時，直流電子負載校準過程中，加在負載上的電壓和電流之乘積即功率絕對不能大于其額定功率值，而且正負端要連接正確，選擇損耗小的標準大電流連接線連接到正確的測試點上。

5 結束語

綜合連接圖校準方法，在專業計量和工程測試直流電子負載前一次性連接正確后，檢測結果穩定可靠，準確度得到有效的保證，一舉兩得采集到校準檢測數據，操作快捷高效。

[1] 施 敏.半導體器件物理[M].3版.西安：西安交通大學出版社，2008.

[2]JJF 30101-2007，直流電子負載校準規范[S].北京：中國計量出版社，2007.

[3] 鄭家祥，傅崇倫.電子測量技術[M].北京：國防工業出版社，1981.

[4]JJG 315-1983，直流數字電壓表檢定規程[S].北京：中國計量出版社，1984.

[5] 劉鵬程，邱 揚.電磁兼容原理及技術[M].北京：高等教育出版社，1993.

[6]Fluke Corporation.校準——理論與實踐[M].汪鐵華，譯.北京：中國計量出版社，2000.