Извлечение максимума из вашей постоянной электронной нагрузки

Один из важных тестов, используемых для проверки систем питания, - это нагрузочный тест, при котором энергия подается на тестовую нагрузку, в то время как система контролируется. Возможно использование чего-то такого простого, как большой силовой резистор, но для более высоких нагрузок требуется точное испытательное оборудование для оценки. Стандартным оборудованием, которое мы используем в электронике, является электронная нагрузка постоянного тока, которая по сути является программируемой нагрузкой для тестирования поставки постоянного тока от схемы.

Электронная нагрузка постоянного тока может быть очень простой, по сути потребляя только постоянный ток в зависимости от настроек нагрузки. Некоторые электронные нагрузки имеют более продвинутые функции или программируются для имитации переходных процессов, нарастания мощности или импульсной подачи энергии. Если вам нужно протестировать систему питания для коммерческого использования, то вы должны воспользоваться определенными функциями вашей электронной нагрузки постоянного тока. Вот как работают эти устройства и некоторые тесты, которые вы можете выполнить.

Функции в электронной нагрузке постоянного тока

Все электронные нагрузки включают в себя набор функций, позволяющих экспериментировать с различными типами регуляторов мощности. К эти функции относятся:

• Контроль постоянного напряжения
• Контроль постоянного тока
• Контроль постоянной мощности
• Контроль постоянного сопротивления

Каждый из этих четырех режимов работы используется для тестирования различных методов регулирования в системах питания. На основе данных, предоставленных в этих различных режимах регулирования, инструмент электронной нагрузки постоянного тока может быть использован для прямого измерения эффективности преобразования энергии. Эти системы также предоставляют способ тестирования других аспектов системы, таких как тепловое поведение и исследование источников ЭМИ при высокой мощности.

BK Precision 8550 электронная нагрузка постоянного тока

Метод тестирования электронной нагрузки постоянного тока

Первый аспект получения точных данных о производительности вашей системы питания - это выбор правильного метода нагрузочного тестирования. Четыре упомянутых выше режима нагрузки постоянного тока используются для различных типов регуляторов мощности; эти режимы подытожены ниже.

Все эти режимы предполагают подключение нагрузки к постоянному току. Нагрузка может изменяться между значениями постоянного тока, и прибор будет регистрировать изменения, если скорость изменения достаточно медленная.

Регуляторы мощности, предназначенные для высокой мощности, являются коммутируемыми регуляторами, которые используют обратную связь для регулирования определенного выходного напряжения. С электронной нагрузкой постоянного тока также можно исследовать контур управления на постоянном токе, или можно вводить шум и использовать его для изучения способности схемы к регулированию. Однако, реальные цифровые системы работают на переменном токе, а не на постоянном. Электронные нагрузки постоянного тока, предназначенные для тестирования этих регуляторных схем или модулей регулирования напряжения, требуют другой функции, которая позволяет проводить такое тестирование.

Переходная характеристика

Некоторые электронные нагрузки постоянного тока будут иметь функцию переходного процесса или функцию ступенчатого изменения, которая позволяет измерить переменный отклик регулятора постоянного тока. По сути, функция переходного процесса включает подачу питания на внутреннюю схему нагрузки за очень короткое время нарастания, имитируя ступенчатое изменение на входе. Схема регулятора мощности очень быстро переходит от низкой подачи мощности к высокой, и регуляторная схема и контур обратной связи должны компенсировать это ступенчатое изменение выходной мощности. Результативный отклик во время этого теста нагрузки может быть измерен, обычно в сочетании с другим прибором (осциллографом).

Что можно узнать из измерения переходного процесса с электронной нагрузкой постоянного тока? Есть несколько важных аспектов, которые можно исследовать:

• Импульсная ЭМИ во время ступенчатого изменения нагрузки
• Пусковой ток на входе регуляторной схемы
• Падение выходного напряжения на внешнем источнике питания
• Выведение регулятора в нестабильное состояние или устойчивые колебания
• Время нарастания до полной выходной мощности после ступенчатого изменения нагрузки

Все вышеупомянутое потребует осциллографа или, в случае с импульсными ЭМИ, анализатора спектра.

Переходные режимы и сканирование

Часто, когда мы пытаемся симулировать высокую нагрузку на регулятор, нас не интересует просто одиночные переходные события. Регуляторы в коммерческой системе могут требовать выдерживания множества переходных событий, некоторые из которых могут возникать случайным образом. Тогда система должна быть способна компенсировать как крупные одиночные события, так и повторяющиеся случайные события, иногда различающиеся по задержке и магнитуде.

Например, электронные нагрузки серии Rigol DL3000 позволяют непрерывные потоки импульсов и перебор возможных тестовых значений по списку. Это переключение позволяет симулировать периодические или случайные изменения нагрузки и приближает тестирование к тому, что вы могли бы ожидать в реальной системе.

Конфигурация переходного режима в постоянном токе. (Изображение из конфигурации Rigol DL3000)

Показанная выше нагрузка Rigol, а также другие нагрузки, могут даже наложить колебательную волну на шаги нагрузки. Это необходимо для тестирования реакции контурного регулирования в регуляторе мощности или VRM.

Однако это не дает вам знать о реакции схемы регулятора и сети распределения питания вашей печатной платы на изменения нагрузки. Для этого вам потребуется тестовая плата с доступом для проб и специализированный зонд, который может обрабатывать передачу энергии на очень широких полосах пропускания. Это гораздо более специализированное измерение во временной области включает использование нескольких приборов и является темой, которую я оставлю для будущей статьи.

Будь то создание надежной электроники питания или передовых цифровых систем, используйте полный набор функций проектирования печатных плат и мирового класса инструменты CAD в Altium Designer®. Для реализации сотрудничества в современной междисциплинарной среде, инновационные компании используют платформу Altium 365™ для легкого обмена данными проектирования и запуска проектов в производство.

Мы только начали раскрывать возможности Altium Designer на Altium 365. Начните ваш бесплатный пробный период Altium Designer + Altium 365 сегодня.