直流電子負載校準技術的研究

余 行 杜秋玲 成巧玲 王三雄

(湖北航天計量測試技術研究所，孝感 432000)

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直流電子負載校準技術的研究

余 行 杜秋玲 成巧玲 王三雄

(湖北航天計量測試技術研究所，孝感 432000)

隨著直流電子負載被廣泛用于電源類產品和功率電子元器件的實驗、測試、檢定、老化等環節，直流電子負載的校準也顯得越來越重要。針對直流電子負載的校準，國內目前還未頒布相關的檢定規程和校準規范。本文結合相關資料和筆者多次試驗經驗介紹了一種對直流電子負載功能和特性適用的校準方法。

直流電子負載；校準方法

0 引言

電子負載是一種起程控電能吸收裝置作用的儀器。其主要應用是對直流電源進行測試。不過隨著人們對電子負載的認識，如今直流電子負載也被廣泛用于研發期間的電池測試、固態半導體大功率元器件測試、直流電動機測試、直流發電機測試等領域。

目前國內尚未見直流電子負載檢定規程和校準規范，故參照JJG 315—1983《直流數字電壓表檢定規程》和JJG 598—1989《直流數字電流表檢定規程》對直流電子負載進行校準。筆者通過多次校準實驗，確定其校準方法，經實際證明其方法可行。

1 直流電子負載的工作原理

直流電子負載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。它能夠正確檢測出負載電壓，精確調整負載電流，同時可以實現模擬負載短路等作用。直流電子負載一般有多種消耗電能的負載模式，如恒定電壓(CV)、恒定電流(CC)、恒定電阻(CR)和恒定功率(CP)等，可模擬各種不同的負載狀況。

3 校準方法

根據直流電子負載的工作原理，其校準方法主要有恒定電壓(CV)模式電壓校準、恒定電流(CC)模式電流校準、恒定電阻(CR)模式電阻校準、恒定功率(CP)模式功率校準和動態(電流)負載模式校準等5種校準模式。

3.1 恒壓工作模式校準

圖1為電子負載校準接線圖。接通直流電子負載和電源開關，將直流電子負載設置為恒壓工作模式，設置電源為恒流工作模式其輸出電壓設置為高于直流電子負載恒壓模式的電壓滿量程值，其輸出電流為直流電子負載滿功率下的最大電流值，打開電源輸出開關和直流電子負載輸入開關。

圖1 直流電子負載校準接線圖

將直流電子負載的編程電壓值U1設置為滿量程的100%、80%、50%、30%、10%，分別讀取標準直流電壓表1測量值U2，直流電子負載的測量電壓值U3。然后，根據式(1)計算編程電壓的誤差ΔU1，根據式(2)計算測量電壓的誤差ΔU2。

ΔU1=U1-U2

(1)

ΔU2=U3-U2

(2)

3.2 恒流工作模式校準

按圖1接線，接通直流電子負載和電源開關，將直流電子負載設置為恒流工作模式，設置直流電源為恒壓工作模式，其輸出電流設置為高于直流電子負載恒流模式的電流滿量程值，其輸出電壓為直流電子負載滿功率下的最大電壓值，打開電源輸出開關和直流電子負載輸入開關。

將直流電子負載的編程電流值I1設置為滿量程的100%、80%、50%、30%、10%，分別記錄分流器R測量電流值I2，直流電子負載的測量電流值I3。然后，根據式(3)計算編程電流的誤差ΔI1，根據式(4)計算測量電流的誤差ΔI2。

ΔI1=I1-I2

(3)

ΔI2=I3-I2

(4)

3.3 恒阻工作模式校準

按圖1接線，接通電源和直流電子負載電源開關，設置電子負載為恒阻工作模式，選擇需要校準的電阻量程，設置電源電流輸出為電阻量程要求的電流、電壓值，打開電源輸出開關和直流電子負載輸入開關。

將直流電子負載的編程電阻值R1設置滿量程的100%、80%、50%、30%、10%，分別記錄分流器R測量的電流值I4，標準電壓表1的測量值U4，直流電子負載的編程電阻誤差ΔR1按式(5)計算：

(5)

3.4 恒功率工作模式校準

按圖1接線，接通電源和電子負載開關，設置直流電子負載為恒功率工作模式，設置電壓輸出為高于恒壓模式的電壓滿量程值，設置電流為直流電子負載滿功率下的最大電流值，打開電源輸出開關和直流電子負載輸入開關。

將直流電子負載的編程功率值P1設置為滿量程的100%、80%、50%、30%、10%，分別記錄分流器R測量的電流值I5，標準直流電壓表1的測量值U5，直流電子負載的測量功率值P2。然后，根據式(6)計算直流電子負載的編程功率誤差ΔP1，根據式(7)計算測量直流電子負載的測量功率誤差ΔP2。

ΔP1=P1-U5×I5

(6)

ΔP2=P2-U5×I5

(7)

3.5 動態(電流)負載模式校準

按圖2接線，將直流電子負載功能設為恒電流工作(CC)模式，根據直流電子負載的動態測試參數技術要求，選擇合適的數字示波器和相應的電流探頭。動態(電流)負載的參數通常有六個，分別為：高/低負載電流、負載電流上升/下降斜率、高/低負載電流時間，對應[HIGH]、[LOW]、[RISE]、[FALL]、[THIGH]和[TLOW]按鍵，用示波器采集波形并記錄相關數據。

圖2 動態(電流)負載模式校準圖

4 結束語

本方法根據綜合測試原理，結合電子負載的工作響應狀況，實現了多個項目綜合檢測，操作簡便、靈活。檢測結果穩定可靠，準確度得到有效保證。目前，越來越多的計量機構已經開始將直流電子負載作為計量標準設備，相信隨著認識水平和標準設備技術性能的不斷提高，直流電子負載的校準方法將不斷得以完善。

[1] 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

[2] 馬志毅，王南光.直流穩壓電源檢定規程[S].北京：中國航天工業總公司，1999

[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] 張克農.數字電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，1998

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

[6] 張蔑，肖東.多功能電子負載在電子設備測試中的應用[J].重慶工業學院學報，1999，13(2)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.08.18