Нагрузки электронные

Электронные нагрузки – это особый тип испытательных средств измерений, предназначенный для имитации нагрузки как первичных, так и вторичных источников электропитания. Это оборудование, предназначенное для использования в качестве приемника тока и губки для мощности, получаемой от источника питания. Если для питания устройства используется источник питания, для проверки источника питания будет использоваться электронная нагрузка путем имитации тестируемого устройства (ИУ).

Использование обычного реостата в качестве нагрузки, возможно, но очень ограничено. Маломощный реостат имеет очень ограниченную мощность рассеивания, при этом сопротивление, очевидно, сильно зависит от температуры, что не позволяет выполнять точные измерения. Мощный реостат, выполненный, как правило, из многих витков проволоки высокого сопротивления, имеет ненормированную индуктивность, что также ограничивает возможность тестирования. Кроме того, невозможно тестирование источников питания в режимах ограничения тока, напряжения и т.д. А также невозможны различные динамические режимы испытаний.

Именно для полноценных испытаний источников питания наиболее подходят электронные нагрузки. Электронные нагрузки могут эмулировать работу в различных режимах, позволяют проводить необходимые измерения параметров. Благодаря возможности программирования, они могут работать по заданному закону, переходить из одного режима работы в другой, могут управляться и программироваться от персонального компьютера, а также выполнять множество других функций.

В составе электронной нагрузки присутствуют стабилизатор, измеритель параметров протекающего тока и напряжения и ряд других вспомогательных узлов. Стабилизатор обеспечивает различные режимы работы нагрузки (стабилизация тока, напряжения, мощности или сопротивления).

Измеритель тока и напряжения предназначен для определения текущих значений тока и напряжения и, соответственно, мощности и сопротивления. Полученные значения могут быть выведены на индикатор или переданы в управляющее устройство.

Электронная нагрузка способна не только выступать в роли нагрузочного элемента, но и в роли средства измерения, способного обеспечить измерения основных параметров источников питания. Электронные нагрузки делятся на нагрузки постоянного тока и нагрузки переменного тока, при этом обычно нагрузки переменного тока имеют режим постоянного тока. Конструктивно электронные нагрузки делятся на моноблочные и модульные нагрузки. Модульные электронные нагрузки обеспечивают многоканальность работы.

Режим постоянного тока CC может быть использован для тестирования источников напряжения и определения их основных параметров – погрешности установки выходного напряжения и нестабильности выходного напряжения.

Режим постоянного напряжения CV используется для тестирования источников тока. Он часто используется при определении характеристик ограничения по току источников питания, так же его можно применять для тестирования зарядных устройств, где режим CV эмулирует наилучше для зарядки выходное напряжение.

Режим постоянного сопротивления CR может использоваться для тестирования источников напряжении (тока) при определении предельно возможных (минимальных и максимальных) значений выдаваемого тока. Динамический режим применяется для тестирования переходных процессов в источниках питания. В режиме постоянной мощности CP на нагрузке устанавливается фиксированное значение потребляемой мощности. При увеличении входного напряжения, ток потребления будет уменьшаться.

В режиме LED электронная нагрузка имитирует светодиод с определенными параметрами и позволяет тестировать светодиодные драйверы. Электронная нагрузка имитирует работу светодиода по принципу экспоненциальной зависимости тока от напряжения.

Области применения

1. Тестирование аккумуляторных батарей

С помощью цифровых нагрузочных тестеров можно определять различные параметры аккумуляторных батарей. В первую очередь это:

• текущая емкость;
• внутренний импеданс (сопротивление);
• длительность цикла заряда и разряда батареи;
• оценка поведения аккумулятора при низких температурах и других экстремальных ситуациях.

Однако все же определение ёмкости является наиболее часто измеряемой характеристикой аккумулятора. В первую очередь это связано с тем, что данные сведения дают возможность оценить время автономной работы оборудования.

Емкость определяется как произведение величины отдаваемого тока на время. При этом следует помнить, что перед началом измерения аккумулятор должен быть полностью заряжен, а разрядный ток должен быть неизменным.

Так как у всех АКБ в процессе разряда происходит снижение рабочего напряжения, то для проведения измерения необходимо знать технические характеристики исследуемого элемента. В первую очередь это диапазон рабочих напряжений, рекомендуемые токи заряда, а также разряда.

2. Оценка переходной характеристики

Большинство существующих источников питания имеют схемы стабилизации. Однако при определенных условиях мощность потребителя может значительно возрасти. При этом работоспособность схемы может быть существенно нарушена. В результате перегрузки возникает дестабилизация работы блока питания (БП), что проявляется в появлении на его выходе перенапряжения.

Оценка переходной характеристики осуществляется с помощью имитации нештатной ситуации. БП нагружается таким образом, чтобы он выдавал максимальное выходное напряжение, а выдаваемый ток равнялся половине от максимально допустимого. Затем осуществляется резкое увеличение потребляемой мощности до 100%, это заставит БП выдать максимальный ток. Далее мы вновь резко уменьшаем потребляемую мощность, до прежнего уровня. Это приведет к резкому падению выдаваемого блоком тока.

В результате таких манипуляций как раз и возникают перенапряжения, которые блок старается нормализовать. Время, которое ему потребуется для восстановления исходных параметров, и называется временем переходного процесса. При этом питание считается восстановленным только после того, как оно нормализуется в пределах установленного уровня стабилизации.

3. Проверка токоограничительной способности

В случае возникновения какой-либо неисправности современные ИПТ должны задействовать схему токоограничения. Эта функция необходима как для защиты самого прибора, так и для подключенного к нему оборудования. При выборе источника питания для ответственных потребителей важно знать о наличии и эффективности работы токоограничивающей функции. Проверке её функционирования могут подлежать как новые, только подбираемые ИПТ, так и уже эксплуатируемые.

Наиболее распространёнными являются три типа ограничения:

• обычное ограничение (CV / Current limit);
• переключение источника режимов (CV / CC);
• обратное ограничение (CV / Current foldback).

Первые два типа ограничений очень схожи по функциям, но имеют различия во второй части вольт-амперной характеристики (ВАХ) по степени регулирования выходных параметров. Третий тип обеспечивает линейное снижение и более жесткий контроль всех выходных характеристик.

4. Тестирование преобразователей

Использование преобразователей постоянного тока (ППТ) обыденное явление в электронике. Их широко применяют в сочетании с различной автономной электроникой. Ключевой особенностью ППТ является возможность принимать входное напряжение в широком диапазоне значений и выдавать стабилизированное, скорректированное и изолированное – на выходе.

Так, например, повышающие преобразователи используют в ряде специализированного транспорта, где они обеспечивают автономное электроснабжение различной электронной техники. При использовании компьютерной техники и иной периферии в автомобилях требуется обеспечить питание в зависимости от модели, от 14 В до 19 В. При этом непосредственная передача энергии потребителю от подключенного к бортовой сети автомобиля ППТ будет намного эффективнее, чем использование DC-AC инвертора в сочетании со стандартным сетевым адаптером.

DC-DC преобразователи имеют высокий коэффициент полезного действия, обычно превышающий 96%. Однако следует помнить, что они обладают одной важной особенностью – неизменная потребляемая мощность. Это свойство реализуется за счет увеличения входного тока при снижении выходного напряжения.

Поэтому ППТ требуют реализации в себе сразу нескольких видов ограничителей.

Ограничитель, установленный для защиты от сверхтоков, образующихся при одном уровне напряжении, неспособен защитить преобразователь, если установленное значение будет выше. В этом случае ППТ будет находиться под слишком большой нагрузкой, пока не произойдет срабатывание токовой защиты. Поэтому оптимальным решением в этой ситуации, будет использование защиты от перегрузки по мощности (OPP).

Второй вид, это защита от токовой перегрузки (OCP). В режиме OCP источник питания поддерживает постоянное значение выдаваемого тока, но допускает падение выходного напряжения. Если его уровень на выходе упадет ниже рабочего значения, то это приведет к дестабилизации работы устройства. Если состояние перегрузки сохраняется, защита выполняет отключение входа.

Третьим видом защиты является блокировка от минимального напряжения. Электронная нагрузка контролирует выходные параметры преобразователя и допускает потребление тока только в допустимом режиме работы. В случае срабатывания защиты автоматика отключает нагрузочное устройство на время, пока ППТ не восстановит корректное значение своих выходных параметров.

Ограничения электронных нагрузок

Кроме плюсов электронные нагрузки имеют и минусы. Причем речь идет даже не о большей сложности или высокой цене. Дело в том, что электронная нагрузка, как активный элемент цепи, обладает определенной инерционностью. Что создает фазовый сдвиг между протекающим через нагрузку током и приложенным к нагрузке напряжением.

Именно по этой причине электронные нагрузки обычно используют только в цепях постоянного тока. Заменить динамик при настройке УНЧ не получится. Как не получится имитировать комплексную нагрузку, например, емкостно-индуктивную.

При этом теоретическая возможность создания нагрузки лишенной подобных ограничений имеется. И такие нагрузки, где ограничения в определенной степени сняты или уменьшены, есть. Но это дорогие профессиональные модели, о которых сегодня разговора не будет.

Не можете выбрать Нагрузки электронные? Закажите консультацию инженера!

Оставьте Ваши контактные данные и мы свяжемся с Вами в ближайшее время

Обратная связь