DC電子負荷を最大限に活用する方法

電源システムを認定するために使用される重要なテストの一つが負荷テストであり、システムが監視されている間にテスト負荷に電力が供給されます。大きな電力抵抗器のような単純なものを使用することも可能ですが、より高い負荷を要求する場合は、評価のために精密なテスト機器を使用する必要があります。電子機器で使用する標準的な機器はDC電子負荷であり、これは基本的に回路からのDC電力供給をテストするためのプログラム可能な負荷です。

DC負荷は非常にシンプルであり、負荷設定に基づいてDC電力のみを消費します。一部のDC負荷には、過渡現象のシミュレーション、電力ランピング、またはパルス電力供給など、より高度な機能が備わっているものもあります。商業用途の電源システムをテストする必要がある場合は、DC電子負荷の特定の機能を活用するべきです。これらのユニットの動作方法と実行できるテストについて説明します。

DC電子負荷の機能

すべてのDC負荷には、さまざまなタイプの電力レギュレーターを実験するための一連の機能が含まれています。これらの機能には以下が含まれます：

• 定電圧制御
• 定電流制御
• 定電力制御
• 定抵抗制御

これら4つの動作モードは、電源システムの異なるタイプの調整方法をテストするために使用されます。これらの異なる調整モードで提供されるデータに基づいて、DC電子負荷機器は電力変換効率を直接測定するために使用できます。これらのシステムはまた、熱挙動のテストや高電力でのEMIの原因を調査する方法も提供します。

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DC負荷テスト方法

電源システムの性能に関する正確なデータを得るための最初のステップは、適切な負荷テスト方法を選択することです。上記で述べた4つのDC負荷モードは、異なるタイプの電力レギュレーターに使用されます。これらは以下のように要約されます。

定常電力	最も一般的に使用されるモード 電圧モード制御または電流モード制御のための電力引き込みを設定 レギュレータが目標電力出力に調整できるようにする
定常電圧	電流モード制御レギュレータで使用 DC負荷における目標電圧降下を設定 試験装置が一定の電流を出力すると仮定
定常電流	電圧モード制御レギュレータで使用 DC負荷への目標電流を設定 試験装置が一定の電圧を出力すると仮定
定常抵抗	定常電力モードに似ている 目標抵抗値を設定し、レギュレータが設定された電圧と電流に調整できるようにする 負荷端子に接続された特定の抵抗器を模倣

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これらすべては、負荷がDC電源に接続されていると仮定しています。DC値間で負荷を変更することができ、変化の速度が十分に遅ければ、計測器は変化を登録します。

高電力を供給するための電力レギュレータは、特定の出力電圧に調整するためにフィードバックを使用するスイッチングレギュレータです。DC電子負荷を使用すると、DCでの制御ループを調べることもできますし、ノイズを注入して回路の調整能力を調べることもできます。しかし、実際のデジタルシステムはDCで動作しているわけではなく、ACで動作しています。これらのレギュレータ回路やVRMをテストするためのDC電子負荷は、この種のテストを可能にする別の機能が必要です。

過渡応答

一部のDC負荷には、DCレギュレータのAC応答を測定することができる過渡機能またはステップ機能があります。基本的に、過渡機能は非常に短い立ち上がり時間で内部負荷回路への電力供給をオンにし、入力にステップ関数を模倣します。電力レギュレータ回路は、非常に迅速に低電力供給から高電力供給へと移行し、この出力電力のステップ変化を補償するために必要なレギュレータ回路とフィードバックループ。この負荷テスト中の結果としての応答は、通常、別の計測器（オシロスコープ）と共に測定されます。

DC負荷での過渡測定から何を学ぶことができるか？いくつか重要な点が検討されます：

• 負荷ステップ中のバーストEMI
• レギュレータ回路の入力における突入電流
• 上流電源の出力電圧降下
• レギュレータを不安定または持続的な振動に駆動
• 負荷ステップ後に全出力電力に上昇するまでの時間

上記のすべてには、オシロスコープが必要になります。または、バーストEMIの場合はスペクトラムアナライザーが必要です。

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過渡モードとスイープ

しばしば、レギュレーターに高電力負荷をシミュレートしようとするとき、単一の過渡イベントだけを見たいわけではありません。商用システムのレギュレーターは、ランダムに発生する可能性のある複数の過渡イベントに耐える必要があります。そのため、システムは大きな単一イベントだけでなく、遅延や大きさが異なることがある繰り返しのランダムイベントにも対応できる必要があります。

例えば、Rigol DL3000シリーズの電子負荷は、連続したパルスの流れや可能なテスト値のリストを通じたランピングを許可します。このトグルにより、負荷の周期的またはランダムな変化をシミュレートし、実際のシステムで期待されるテストに近づけます。

DC負荷における過渡モードの設定。（Rigol DL3000の設定からの画像）

上に示したRigolの負荷だけでなく、他の負荷も、負荷ステップにリンギング波を重ね合わせることができます。これは、電力レギュレーターやVRMの制御ループ応答をテストするために必要です。

しかし、これではレギュレーター回路と回路基板のPDNが負荷の変化にどのように反応するかはわかりません。そのためには、プローブアクセスが可能なテストボードと、非常に広い帯域幅での電力供給を扱うことができる特殊なプローブが必要になります。このようなはるかに専門的な時域測定には複数の計測器が関与し、将来の記事で取り上げる予定です。

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