为了测试DC-DC转换器到电池等设备的电气性能，设计和测试工程师可以使用电子负载
作者：EA Elektro Automatik应用工程师Steven Soria
与可编程电源相反，电子负载仿真负载条件并测量功耗。
随着最终用户对高效设备和更长电池运行时间的需求，设计者越来越依赖电子负载。根据MarketsAndMarkets的数据，电子负载的销售额预计每年增长6.3%，2024年将达到40亿美元。
挑战在于当今的电子负载具有许多特性。广泛的功能对选择具有成本效益的工具提出了挑战。有许多问题需要考虑：

• 电子负载必须吸收多少功率？
• 电子负载将测试哪些类型的设备？
• 是否需要再生负载？
• 需要什么设施来为负载供电和冷却？
• 如何控制电子负载？
• 电子负载具有哪些安全功能？
• 什么软件将连接电子负载？

随着进步不断重塑电子负载的格局，确定一种既能满足当前和未来应用需求又具有成本效益的解决方案可能具有挑战性。本文概述了选择电子负载时要考虑的关键参数，可以为工程师节省宝贵的时间，并帮助他们避免错误。

确定负载功率要求
首先确定负载需要吸收的功率。考虑被测设备（DUT）可提供的总功率、最大电压和最大电流。仅仅知道你需要的最大千瓦是不够的。请记住，功率是电流和电压的乘积，因此您选择的电子负载的电压和电流输入额定值也应匹配或超过DUT的输出参数。通过确保电源要求的兼容性，您可以有效地测试设备，避免任何限制或性能问题。

审查输入范围
虽然功率、电压和电流要求很简单，但值得考虑的是负载的输入特性如何最大限度地提高灵活性并可能节省成本。一些电子负载提供自动范围输入特性。此功能允许操作员在大范围的电流和电压值下进行满功率测试。
传统的电子负载只能在其最大额定电压和电流下吸收最大功率。相比之下，具有自动量程的电子负载可以吸收低至额定电压33%的全功率。这意味着在一些应用中，可以使用较低功率的电子负载，从而降低冷却要求、资本成本和年度运营成本。在其他情况下，单个电子负载可以取代两个（一个用于低功率测试，一个用于高功率测试）。此外，与具有传统输入特性的电子负载相比，自动量程电子负载提供了对未来需求的适应性。


图1：一种双向电源，能够吸收和提供电源。红线表示最大功率（30kW），可以在2000到750V的任何电压范围内下沉，这一功能被称为自动范围。传统电源只能在2000 V和750 V时消耗最大功率。

确定所需的控制参数
电子负载可以根据测试需要控制功率、电压、电流和电阻。一些电子负载提供了额外的控制功能，确保了测试各种设备的灵活性。确保所选负载能够控制测试DUT所需的所有参数。
例如，测试电源通常需要恒定电流模式来评估不同负载条件下的性能。类似地，测试充电设备可能需要电压控制来分析充电器对变化的电压电平的响应。如果您的测试协议涉及评估DUT在大范围负载电阻上的表现，那么您将需要一个可以控制电阻的电子负载。
此外，如果您的测试协议涉及测试DUT的输出，并且该输出处于低电压下，则验证电子负载能够在吸收必要电流的同时控制在所需电压。查看数据表，了解电子负载在吸收最大额定电流时可以控制的最低电压。要查找的规格称为最小控制电压，通常表示为IMax时的VMin。

确定所需的各种类型的测试方法
考虑您的测试是否需要动态条件（如快速负载变化）或干扰（如噪声模拟）。如果您正在测试电池、电池充电器、燃料电池或太阳能电池板，则需要模拟各种操作条件来评估设备的性能。动态负载条件必须通过函数生成器添加。
函数生成器允许工程师创建自定义波形并模拟各种负载条件以对DUT施加应力。函数发生器可以模拟I-V（电流-电压）曲线并产生斜坡和脉冲负载，以测试DUT对动态负载变化的响应。此外，DC正弦波可以模拟和测试DUT对噪声的响应，这种测试通常在电源上进行。
将高功率电子负载与低功率函数生成器集成会增加测试设置的复杂性。考虑是否需要一个包含内置函数生成器的电子负载。制造商可能提供一个测试库，其中包括所需的功能。

考虑能源成本
传统的电子负载吸收功率并以热的形式耗散功率。这对于低功率的台式测试来说不是问题。然而，在更高的功率下，特别是对于几乎连续的生产测试，热量是浪费能量的重要来源。对于这些应用，一个好的选择是具有再生能力的电子负载，这意味着它将吸收的直流电转换为交流波形，并将其返回电网。



图2：EA Elektro Automatik的ELR系列是再生电子负载的一个例子，它将高达96%的吸收能量返回到电网。
虽然与传统电子负载相比，再生电子负载可能具有更高的初始成本，但长期节能超过了初始投资。除了消耗更少的电力外，空调成本也大大降低，进一步降低了公用事业费用。在某些情况下，例如电动汽车电池的生产测试，节省的能源成本足以收回对新测试设备的投资。此外，通过有效地将能源返回电网，再生电子负载有助于实现企业可持续发展目标。

确定基础设施需求
电子负载具有不同的功率容量，因此对公用设施的要求也有所不同。一般来说，功率容量高达3kW的电子负载可以在单相电源上运行。5kW至15kW的负载可能需要三相电源。
大多数电子负载使用强制空气冷却来保持安全的内部工作温度。对于功率较大的电子负载，可提供水冷选项。需要考虑这种设备的空间，尤其是在空间昂贵的生产车间。

检查安全功能
考虑到所涉及的大量功率、电压和电流，电子负载的安全性至关重要。确保电子负载提供足够的保护机制以保护负载和测试环境是至关重要的。如果内部温度达到危险水平，过热保护对于关闭负载至关重要。同样，过电流、过电压和过功率保护对于防止损坏负载和确保安全运行至关重要。虽然所有电子负载都有保护装置，但并非所有电子负载均包括所有四种保护模式。

确定如何与电子负载连接
考虑电子负载提供的控制接口选项。接口在测试工程师如何与负载交互和控制负载方面发挥着至关重要的作用。通用接口包括USB和以太网，提供与PC和其他设备的方便连接。
除了标准接口外，一些电子负载还提供可选的现场安装接口，增强了灵活性，并允许用户为未来的应用程序轻松添加新接口。RS-232接口兼容性提供了标准SCPI命令的使用。
对于需要与可编程逻辑控制器（PLC）集成的工业应用，一些电子负载支持Modbus命令语言。CAN、CANopen、EtherCAT、Profibus和Profinet等接口实现了与基于PLC的控制系统的无缝集成。此外，一些电子负载可以通过隔离的模拟信号进行控制，确保在高噪声接地的工业环境中进行有效控制。

计划扩展
在许多应用中，功率需求可能超过单个电子负载的容量。在这种情况下，至关重要的是要选择一种能够方便安全地并联多个负载的负载。一些电子负载提供主辅助操作模式，其中一个主负载可以有效地控制一组负载。
此外，一些电子负载可以在所有连接的负载之间平均分配输入功率。这种共享机制防止单个负载吸收过多的功率，并保护负载免受潜在损坏。使用这些策略，如果未来测试功率水平增加到兆瓦范围，管理人员可以扩大规模。

定义软件环境
对于自动化测试，请选择与您的软件环境兼容的电子负载。大多数电子负载支持C或Python等标准编程语言，以及National Instruments的LabView等图形编程语言。这些软件环境实现了对负载的简单高效的编程和控制，简化了自动化测试过程。
在编码不是首选方法的情况下，许多电子负载包括专用软件，该软件能够轻松控制负载、创建控制序列以及执行各种应用的测试方案，如电池测试、燃料电池测试、汽车标准测试和太阳能电池板测试。使用该软件，操作员可以快速开发自动化控制程序，减少测试系统开发所需的时间和精力。
有了这些考虑因素，您就可以选择符合您要求的理想电子负载。通过仔细评估本文中讨论的参数，并利用供应商的专业知识，您可以自信地选择一种电子负载，以确保准确的测试、最佳性能和经济高效的操作。

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