汽车电子电气的负载特性及选取分析

余天刚 任艺炜 赵路涛 展亚辉

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000）

负载是指连接在电路中的电源两端的电子元件。负载与电源、线路相互连接就组成了电路。

图1、图2为当前汽车上各类组合开关控制负载的线路连接。

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图1 刮水洗涤模块

图2 灯光模块

从上述线路连接图可以看出：组合开关的实车负载主要为继电器类、电机类、控制器输入输出类负载。

当前汽车上由于大量电子电气产品的使用，导致了负载的种类繁多，最常用的主要包括继电器、电机、扬声器、灯具、加热丝、各类控制器等元件。根据负载的工作特性可将其分为阻性负载、容性负载、感性负载，还包括可以模拟阻性、感性、容性或其组合的电子负载及具有特殊负载特性的灯负载，其中汽车负载主要为感性负载、阻性负载及灯负载。电子负载主要用于试验室中作模拟负载使用。

由于感性负载的电感特性，其在接通电源或者断开电源的一瞬间，会产生超过电源电压几十倍的的反向冲击电压，电感对电流的变化有抑制作用。当流过电感器件的电流变化时，在其两端产生感应电动势，其极性是阻止电流变化的。这使得流过电感的电流不能发生突变。

1 感性负载

黄丝郁金为姜科植物姜黄Curcuma longa L．的干燥块根，其为安宫牛黄丸指定投料的四川省道地药材，具有活血止痛、行气解郁、清心凉血、利胆退黄的功效[1]。黄丝郁金主要包括姜黄素类和挥发油2大类化学成分，现代药理研究表明姜黄素具有调血脂、抗氧化、抗炎、止痛、抗肿瘤的作用[2-10]；尤其具有抗菌、抗肿瘤等多种生物活性的芳基姜黄酮，抗生育活性的α-姜黄烯[11-16]，都有很高的研究利用价值。

图示为典型可调直流恒压电子负载电路：MOS管上的电压经R1与R2分压后送入运放IN+与给定值进行比较，当电位器在10%时IN-为1V，则MOS管上的电压应为2V，负载电压变化时输入电流也在变化，MOS管上的电压稳定在2V不变。

图3 断开过程

图4 闭合过程

因负载性质不同，会直接影响开关等控制元件的寿命，所以在进行汽车电器相关测试过程中，应注意负载性质的选择。下面就用理论与测试相结合的方法对各类负载的特性进行讨论。

（1）重点增加跨境支付的内容。跨境支付方式有两大类，一种是线上支付，包括各种电子账户支付方式和国际信用卡。由于线上支付手段通常有交易额的限制，所以比较适合小额的跨境零售。另一种是线下汇款模式，比较适合大金额的跨境B2B交易。不同的跨境结算方式差别很大，有着不同的金额限制和到账速度，而且各自都有优缺点和适用范围。但是在授课过程中由于课时限制是无法将这些跨境电子支付的内容全部纳入课程体系的，只能对用户采用较多的方式或平台进行重点介绍。

负载电流滞后负载电压一个相位差时的负载为感性负载，即具有电感的性质，当相位差角度为90°时为纯感性，由楞次定律可知纯感性负载的电流是不能突变的。

图5 线路图

图6 继电器线圈电压及开关端电压

图7 继电器电流

由于电子负载具有以上四种模式，其主要用于试验室中作模拟负载使用，模拟各类电子产品的实际工作负载。

2 阻性负载

负载电流负载电压没有相位差时的负载为阻性负载，即具有电阻的性质，该类负载特性简单，无冲击电流、电压存在。

汽车上大部分控制器类负载均为负极搭铁结构，图8、图9为其线路连接图。

实验室设备管理员为其负责的设备设置基本信息和开放参数，如设备的功能描述、技术参数、开放时间、收费标准、机组人员、联系方式等；校园师生或校外用户查看仪器信息，预约实验，并登记实验机时、费用、成果。其主要流程和功能模块如图1所示。

图8 线路示意图

图9 设计电路图

当前乘用车电压系统标称电压为12V，其输入电阻一般为10kΩ左右，则其工作电流I=12/10= 1.2mA，该电流即为当前汽车各类主要控制器类负载的各部分工作电流。

图10、图11为滑动变阻器的接线图及负载波形采集图。

推动旅游产品和市场相对成熟的区域、交通干线和A级景区周边的地区深化开展乡村旅游，支持具备条件的地区打造乡村旅游目的地，促进乡村旅游规模化、集群化发展。鼓励东部地区围绕服务中心城市，重点推进环都市乡村旅游度假带建设，提升乡村旅游产品品质，推动乡村旅游目的地建设；鼓励中西部地区围绕脱贫攻坚，重点推动乡村旅游与新型城镇化有机结合，合理利用古村古镇、民族村寨、文化村镇，打造“三区三州”深度贫困地区旅游大环线，培育一批乡村旅游精品线路；鼓励东北地区依托农业、林业、避暑、冰雪等优势，重点推进避暑旅游、冰雪旅游、森林旅游、康养旅游、民俗旅游等，探索开展乡村旅游边境跨境交流，打造乡村旅游新高地。

当前汽车上的阻性负载以各类阻性元件为代表；主要包括：电阻、加热丝、BCM、PEPS-ECU、发动机控制ECU、电机驱动器、BMS、网关、空调控制器、ESP控制器、安全气囊控制模块等。

给予中医药治疗，予自拟养阴止嗽散方，药物组成：沙参15 g，麦门冬30 g，天门冬15 g，川贝母10 g，山药25 g，党参12 g，紫苑10 g，百合10 g，五味子6 g，款冬花10 g，炙甘草10 g。1剂/d，水煎取汁300 mL，分早晚2次口服。治疗1周为1个疗程，共2个疗程。

图10 线路图

图11 开关电压及线路电流

3 电子负载

电子负载的原理是控制内部功率MOSFET或IGBT的导通量（占空比大小），它能够准确检测出负载电压，精确调整负载电流，同时可以实现模拟负载短路，模拟负载是感性阻性和容性，容性负载电流上升时间。电子负载可以模拟真实环境中的负载（用电器）。它有恒流、恒阻、恒压和恒功率功能。典型电子负载线路图如图12所示。

根据冻土热流变特性，建立了溢洪道附近土坝温度应力状态模型，并且应用了工程裂隙理论和冻土的热流变性、收缩性的实验数据。建造模型的目的是计算土坝与溢洪道接触时温度应力、温度收缩裂缝的形成和扩展，地面冻胀时间，进一步降温时温度应力的发展，并且适用于秋冬季。该模型由以下模块组成：(1)土壤温度场计算。(2)溢洪道冻胀压力计算。(3)温度应力计算。(4)溢洪道土壤裂隙深度和宽度计算。

图12 电路图

3.1 恒流模式

在该模式下负载的输入电流能在输入变化电压的情况下保持稳定，如图13、图14所示。

图13 线路示意图

图14 设计电路图

图示为最常用的恒流电路，该电路易获得稳定及精确的电流值，R1为取样电阻，电路工作原理为：当给定一个信号时，如果R1上的电压小于Vref，即OP07的-IN小于+IN，使MOS加大导通使R1的电流加大。如果R1上的电压大于VREF时，-IN大于+IN，OP07减小输出，就降低R1上的电流，这样电路最终维持在恒定的给值上，也就实现了恒流工作。

3.2 恒压模式

在该模式下负载吸收电流以使电压保持稳定，如图15、图16所示。

图5至图7为继电器负载的电压、电流波形采集。图中在开关接通时均存在冲击电压，断开时存在反向感应电压，基本无冲击电流；对于电机类负载，因电机类负载起动时由静止状态变为运转状态，静止状态下电机的直流电阻很小，所以会造成一个较大（约4～7倍IN）的冲击电流，在运转后，相对于绕组来说，电源电压为交变电压，电动机感抗较大，所以电流会降低。

图15 线路示意图

图16 设计电路图

图3、图4为感性负载的断开及闭合过程电压冲击图。

3.3 恒阻模式

在该模式下的负载特性类似纯电阻，吸收的电流与其两端的电压成正比，如图17、图18所示。

图17 线路示意图

图18 设计电路图

图示为由硬件实现的恒阻电路：当R2为1%，如果输入电压为1V，那么IN+上的电压为10mV，也就控制R1上的电压为10mV，等效电阻为1Ω。

3.4 恒功率模式

流入负载的电流随功率的改变而变化，功率的大小为负载流进的电流和负载两端电压的乘积，如图19所示。

图19 示意图

当前汽车上的感性负载以各类电磁元件为代表；主要包括：刮水/洗涤电机、玻璃升降电机、四门防夹电机、继电器等。

图20、图21为试验室常用的程控负载箱电流、电压波形采集图。

图20 负载箱电流采集图

图21 负载箱电压采集图

可见：程控负载箱在闭合时具有较大冲击电流，约为额定电流的7倍；在断开时会有冲击电压产生，在断开瞬间基于稳流的作用，会产生一个冲击电压以保持电流稳定，但该冲击电压不会超过系统的额定限制，额定为14.0V，冲击到约20V左右。

4 容性负载

负载电流超前负载电压一个相位差时负载为容性，即具有电容的性质，当相位差角度为90°时为纯容性，如电容、部分日光灯等，当前各类汽车负载中容性负载较少，这里就不在展开讨论。

5 灯负载

灯负载的特性较为特殊：靠气体导通发光的灯具一般为感性负载，靠LED发光的灯一般为阻性负载。汽车上的灯种类也较多，包括：前大灯、尾灯、氛围灯、迎宾灯、阅读灯、雾灯、报警灯等。

图22所示的是典型的灯负载的波型图，灯负载的特点在灯刚接通时有一个比较大的冲击电流，之后电流趋于稳定：当灯丝第一次通电时，由于灯丝处于冷态，电阻比较小，当通电一段时间，灯丝被加热，灯丝的电阻变大，其通过的电流变小。

图22 汽车大灯波形采集图

6 结论及各类负载使用选取建议

6.1 结论

以上对各类负载的特性进行分析，在试验室中进行电子电气件试验时其负载以选择实车负载为最佳。但对于实车负载为控制器输入输出信号类的试验样品，在试验时一般无法满足与实车负载一致，此时就需要对实车的负载特性进行充分分析。我们通常采用电阻、电容、电感等或它们的串并联组合作为负载来模拟真实的负载情况。然而，不同类型的负载由于具有不同的特性，因此选择不同的负载可能会导致截然不同的试验结果。

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6.2 负载选取建议

1）对于实车负载为灯具的试验样品，其试验中应选用实车负载，因不同的灯的负载特性可能存在很大差异。

2）对于实车负载为电动机、继电器、扬声器等感性负载的试验样品进行试验时，可统一选用继电器作为为负载，因为继电器体积小，易于连接。

3）试验室常用的程控负载箱等电子负载由于是经过调整管（MOSFET或IGBT）不断调整电流来工作的，所以在运行过程中，会存在较大的纹波电压，如使用过程中有较高要求，需在负载内部或外部针对纹波进行特殊处理。

与“赞同”资源不同，“宣布”资源带有明显说话者介入的痕迹，说话者往往以此预设或者强调某个事实或观点。例如：

4）对于实际工作中没有冲击电压和电流存在的试验样品，其试验时完全可以选择电阻作为负载。

[1] 沈宏,吕强.浅谈直流电子负载[J].企业标准化,2008,5(9): 16.

[2] 吴灵勇.汽车典型负载特点及对应继电器使用触点材料的设计[J].电气技术,2010(9): 54-57.

[3] 徐小东.电气系统感性负载干扰的成因及抑制方法[J].建筑机械,2001(5): 36-37.