技术漫谈

选择电子负载时的注意事项

2023年3月31日 | 主题: 电子负载 选择电子负载时的注意事项

您的测试系统是否需要电子负载?尽管您已对产品测试要求和测试方法烂熟于心,但在购买电子负载后,可能也需要一定时间来熟悉。如今的电子负载具备广泛的电子设备测试功能。由于功能丰富,在选择符合当前及未来应用要求且经济高效的电子负载时,无疑是相当大的挑战。让我们助您节省宝贵的时间,为您建议需要考虑的参数,以便您更好地选择满足自身测试需求的电子负载。

评估负载的功率需求

当然,首先要考虑的是,确定负载的吸收功率必须有多大。除总功率外,还将需要明确最大电压以及被测设备 (DUT) 能够提供的最大电流。负载的功率、电压和电流输入额定值必须至少等于、最好是高于 DUT 的输出参数。

考虑负载的输入特性,尽可能提升灵活性,降低成本

虽然确定负载的功率、电压和电流要求很简单,但您可能需要考虑如何利用负载的输入特性来尽可能提升灵活性,并通过购买较低功率的负载来节省开支。EA Elektro-Automatik 的电子负载拥有真正的自动量程输入特性,让您能够在广泛的电压和电流条件下以全功率开展测试。图 1 显示了 EA 负载相较于传统电子负载的电子特性。传统电子负载具有矩形输入特性,只能在其最大额定电压和电流下灌入最大功率。

当降至额定电压的 33% 时,EA 负载也可吸收全功率。例如,最大额定电压和电流为 1000 V 和 30 A 的 10 kW EA 电子负载在 333 V 和 30 A 条件下能够吸收全功率。而具有传统输入特性的电子负载必须是最大额定电压和电流为 1000 V 和 30 A 的 30 kW 负载,才能在 333 V 和 30 A 的条件下提供 10 kW 功率,因此,自动量程可让使用更低成本、更低功率的负载成为可能。较低功率的负载对冷却的要求较低,有助于节省基建成本和年运营成本。

同样,即使新的 10 kW DUT 的输出电压略大,您也可能需要对具有传统输入特性的负载进行换新。但有了 EA 自动量程负载,您就无需新负载,这是因为,如图 1 所示,自动量程负载具有额外量程。这意味着,与具有传统输入特性的电子负载相比,自动量程负载既可节省功率需量,又能适应未来变化的测试要求。


图 1. 相较于具有矩形输出特性的传统负载,EA 自动量程负载的输入特性

确定所需控制参数

电子负载能够控制功率、电压和电流。EA 负载的功能更多,它还能够控制电阻。请确保您选择的负载可控制 DUT 测试所需的所有参数。

以下两种情形,电阻可控这一功能尤为重要。一是电源测试,通常要求在恒流模式下以不同的负载条件进行测试。二是充电设备的测试,需要控制电压,以便确定充电器对电压上升的响应。现在,您需要在众多不同的负载电阻下确定 DUT 的性能。在这种情况下,您将需要负载对电阻进行控制。

需要注意的另一个参数是,在吸收最大额定电流时,负载必须将电压控制到多低的水平。就吸收最大额定电流时负载能够控制的最低电压而言,所有电子负载都存在限制。低于这个电压时,吸收电流容量将直线降低。如果测试过程要求在低压条件下测试 DUT 输出,请确保负载能够在吸收所需电流的同时,在所需的低压下进行控制。定义这个最低控制电压的负载参数是 Imax 下的 VMin。

确定所需的测试方法类型

您是否需要在动态条件(比如,负载快速变化)或者干扰(比如,噪声)下测试 DUT?如果您要测试电池、电池充电器、燃料电池或太阳能电池板,则可能希望模拟各种测试条件。您可以使用外部函数发生器创建动态负载条件;然而,连接有小功率函数发生器的大功率电子负载会增加测试系统的复杂度。函数发生器需要受到保护,以免因负载吸收的高电压或高电流而损坏。为此,EA 将函数发生器集成到了电子负载中。

这样的内置函数发生器能够创建自定义波形,以模拟 DUT 所承受的不同负载条件。函数发生器能够生成斜坡和脉冲负载,用以测试 DUT 对动态负载变化的响应。由于直流电平的波形可以模拟和测试 DUT(如电源)对噪声的响应,因此,EA 电子负载的内置函数发生器能够创建 I-V 曲线,用于进行以下模拟:

  • 模拟电池供电设备以测试电池性能
  • 模拟电池以测试车载充电器性能
  • 模拟电池燃料或太阳能电池阵列的负载以测试其性能。

图 2 举例显示了 EA 负载能够模拟的最大功率点 (MPP) 曲线。

内置函数发生器让您能够拥有非常大的测试灵活性,并且无需使用额外的仪器、函数发生器和方法,亦可安全地将此函数发生器连接到负载。


图 2. EA 电子负载的内置函数发生器能够模拟进行最大功率点追踪的太阳能逆变器,从而测试太阳能电池阵列

探讨降低电力消耗带来的降本

我们可助您尽可能降低所消耗的电网电力以及由相关负载产生的热量。EA 负载作为回馈式负载,通过逆变器将吸收的直流电转换为交流波形,以交流电的形式回馈电网。能量回收效率高达 96%,这大大降低了电力消耗、节省了公共事业成本。对比回馈式负载所带来的降本,传统负载则有着较高的成本,它必须配置充足的冷却装置,用以耗散因吸收电力而产生的热量。

考虑所需的公共设施

额定吸收功率 3 kW 的 EA 负载能够通过单相电来工作,藉由内部强制风冷,保持安全工作温度。额定吸收功率5 kW 至 15 kW 的负载需要使用三相电源,同样采用内部强制风冷。即便是通过三相电源工作的 EA 30 kW 负载,也采用内部风扇来达到冷却目的。除风扇之外,面对更大功率的模块,您可以选择使用水冷方式。请务必了解所选电子负载的基础设施要求,并为此做好准备。

明确负载的安全要求

电子负载的吸收功率可能非常大,而且必须支持高电压和高电流。因此,确保负载受到恰当的保护非常重要。例如,如果负载的内部温度过高,所产生的热量可能损坏负载。因此,您应确保对负载进行过温保护,在内部温度达到危险级别时,及时关闭负载。您还应考虑对负载进行过流、过压和过功率保护。EA 负载兼具这四种保护方式。

明确控制要求

确保所选择的负载拥有应用所需的通讯接口。EA 负载提供了大量接口,可广泛适配众多不同的应用。除标配接口外,所有选配接口都是可现场安装的模块,插入负载的背板即可使用。您可方便且轻松地添加新接口,以满足未来新的应用需求。

EA 电子负载配备了 USB 和 Ethernet 接口。另外,EA 负载还可选配 RS-232 接口。在连接到 PC 时,负载使用标准 SCPI 命令进行可编程控制。

如果需要将负载用于工业应用,通常需要将负载连接到可编程逻辑控制器 (PLC)。EA 负载让您能够方便地集成到基于 PLC 的控制系统中。我们的负载使用 Modbus 命令语言,并可针对 PLC 控制选配多样化的接口,包括 Modbus、CAN、CANopen、EtherCAT、Profibus 和 Profinet 接口。

此外,您可以藉由来自标配接口的模拟信号,控制 EA 负载。该接口是一种隔离型模拟量接口。并非所有负载都配有电隔离模拟接口,以用于在工业应用中将仪器接地与高噪声接地分开。如要使用模拟量控制,建议选择具有隔离型接口的负载,以免受到接地噪声干扰。

如要手动控制负载,请确保负载配有显示屏和手动操作控件。EA 负载拥有触摸显示屏(见图 2),让您能够轻松访问设备设置并控制相关功能。EA 负载还提供了多种语言选项,有助于提高内容的可理解性,以便全球不同地区的使用。


图 3. EA 10000 系列电子负载触摸屏

即使不采用手动负载控制,也应考虑配备前显示屏和控件,它们能够让您方便地测试系统开发并进行故障排除。EA 电子负载上的全彩触摸显示屏可简化开发与故障排除工作。

考虑可扩展性,提高电源容量

如果应用所需的电力超过单一负载的能力,那么您就会希望自己所选择的负载能够方便且安全地并联多个负载。EA 拥有主—辅工作模式,让一个主负载能够控制多个其他负载。此外,EA 负载具有“共享总线”工作模式,可确保所有负载均等吸收输入功率。“共享总线”模式可保护各负载,以免因吸收过多电力而损坏。EA 提供了一系列直流电源机架和机柜的完整解决方案,它们已完成了接线,可直接与符合 UL508/NFPA-79 标准的全集成式安全系统一起使用。电源机架针对不同的电源或负载配置了门联锁装置和独立断路器,并在柜门上设有急停装置。利用 EA 负载,您可以构建一个吸收功率高达 1.92 MW 的负载系统。

选择软件环境

对于自动化测试,可以使用标准编程语言(如各种版本的 C 语言或 Python 语言)或者图形编程语言(如美国国家仪器公司的 LabView™ 语言)对电子负载编程。如果不喜欢代码编程,可以使用 EA Elektro Automatik 的 Power Control Software(电力控制软件)来控制相关的设备,包括电子负载。此软件让您能控制负载、创建控制序列、以及执行测试方案,以便测试电池、燃料电池、汽车标准和太阳能电池板。EA Power Control Software 支持使用 EA 负载快速开发自动控制程序。

现在您已经知道了该如何选择电子负载

一旦根据我们的建议评估了自身需求,您便可以选择将以经济高效的方式满足应用需求的电子负载。请参阅我们的 EA Elektro Automatik 电子负载选型指南,其中提供了电子负载的众多型号和系统。

如果在参阅“负载选型指南”后,还有其他问题,请通过 ea1974@elektroautomatik.cn 或 021-37012050 联系我们。我们的应用工程师可以帮助您选择具有所需功能的合适电子负载。

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