直流电子负载校准技术的研究

余 行 杜秋玲 成巧玲 王三雄

(湖北航天计量测试技术研究所，孝感 432000)



直流电子负载校准技术的研究

余 行 杜秋玲 成巧玲 王三雄

(湖北航天计量测试技术研究所，孝感 432000)

随着直流电子负载被广泛用于电源类产品和功率电子元器件的实验、测试、检定、老化等环节，直流电子负载的校准也显得越来越重要。针对直流电子负载的校准，国内目前还未颁布相关的检定规程和校准规范。本文结合相关资料和笔者多次试验经验介绍了一种对直流电子负载功能和特性适用的校准方法。

直流电子负载；校准方法

0 引言

电子负载是一种起程控电能吸收装置作用的仪器。其主要应用是对直流电源进行测试。不过随着人们对电子负载的认识，如今直流电子负载也被广泛用于研发期间的电池测试、固态半导体大功率元器件测试、直流电动机测试、直流发电机测试等领域。

目前国内尚未见直流电子负载检定规程和校准规范，故参照JJG 315—1983《直流数字电压表检定规程》和JJG 598—1989《直流数字电流表检定规程》对直流电子负载进行校准。笔者通过多次校准实验，确定其校准方法，经实际证明其方法可行。

1 直流电子负载的工作原理

直流电子负载是通过控制内部功率器件MOS场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管或双极型晶体管的导通量依靠功率管耗散功率进行消耗电能而起到实物负载的作用。它能够正确检测出负载电压，精确调整负载电流，同时可以实现模拟负载短路等作用。直流电子负载一般有多种消耗电能的负载模式，如恒定电压(CV)、恒定电流(CC)、恒定电阻(CR)和恒定功率(CP)等，可模拟各种不同的负载状况。

3 校准方法

根据直流电子负载的工作原理，其校准方法主要有恒定电压(CV)模式电压校准、恒定电流(CC)模式电流校准、恒定电阻(CR)模式电阻校准、恒定功率(CP)模式功率校准和动态(电流)负载模式校准等5种校准模式。

3.1 恒压工作模式校准

图1为电子负载校准接线图。接通直流电子负载和电源开关，将直流电子负载设置为恒压工作模式，设置电源为恒流工作模式其输出电压设置为高于直流电子负载恒压模式的电压满量程值，其输出电流为直流电子负载满功率下的最大电流值，打开电源输出开关和直流电子负载输入开关。

图1 直流电子负载校准接线图

将直流电子负载的编程电压值U1设置为满量程的100%、80%、50%、30%、10%，分别读取标准直流电压表1测量值U2，直流电子负载的测量电压值U3。然后，根据式(1)计算编程电压的误差ΔU1，根据式(2)计算测量电压的误差ΔU2。

ΔU1=U1-U2

(1)

ΔU2=U3-U2

(2)

3.2 恒流工作模式校准

按图1接线，接通直流电子负载和电源开关，将直流电子负载设置为恒流工作模式，设置直流电源为恒压工作模式，其输出电流设置为高于直流电子负载恒流模式的电流满量程值，其输出电压为直流电子负载满功率下的最大电压值，打开电源输出开关和直流电子负载输入开关。

将直流电子负载的编程电流值I1设置为满量程的100%、80%、50%、30%、10%，分别记录分流器R测量电流值I2，直流电子负载的测量电流值I3。然后，根据式(3)计算编程电流的误差ΔI1，根据式(4)计算测量电流的误差ΔI2。

ΔI1=I1-I2

(3)

ΔI2=I3-I2

(4)

3.3 恒阻工作模式校准

按图1接线，接通电源和直流电子负载电源开关，设置电子负载为恒阻工作模式，选择需要校准的电阻量程，设置电源电流输出为电阻量程要求的电流、电压值，打开电源输出开关和直流电子负载输入开关。

将直流电子负载的编程电阻值R1设置满量程的100%、80%、50%、30%、10%，分别记录分流器R测量的电流值I4，标准电压表1的测量值U4，直流电子负载的编程电阻误差ΔR1按式(5)计算：

(5)

3.4 恒功率工作模式校准

按图1接线，接通电源和电子负载开关，设置直流电子负载为恒功率工作模式，设置电压输出为高于恒压模式的电压满量程值，设置电流为直流电子负载满功率下的最大电流值，打开电源输出开关和直流电子负载输入开关。

将直流电子负载的编程功率值P1设置为满量程的100%、80%、50%、30%、10%，分别记录分流器R测量的电流值I5，标准直流电压表1的测量值U5，直流电子负载的测量功率值P2。然后，根据式(6)计算直流电子负载的编程功率误差ΔP1，根据式(7)计算测量直流电子负载的测量功率误差ΔP2。

ΔP1=P1-U5×I5

(6)

ΔP2=P2-U5×I5

(7)

3.5 动态(电流)负载模式校准

按图2接线，将直流电子负载功能设为恒电流工作(CC)模式，根据直流电子负载的动态测试参数技术要求，选择合适的数字示波器和相应的电流探头。动态(电流)负载的参数通常有六个，分别为：高/低负载电流、负载电流上升/下降斜率、高/低负载电流时间，对应[HIGH]、[LOW]、[RISE]、[FALL]、[THIGH]和[TLOW]按键，用示波器采集波形并记录相关数据。

图2 动态(电流)负载模式校准图

4 结束语

本方法根据综合测试原理，结合电子负载的工作响应状况，实现了多个项目综合检测，操作简便、灵活。检测结果稳定可靠，准确度得到有效保证。目前，越来越多的计量机构已经开始将直流电子负载作为计量标准设备，相信随着认识水平和标准设备技术性能的不断提高，直流电子负载的校准方法将不断得以完善。

[1] JJG 315—1983 直流数字电压表检定规程[S].北京：中国计量出版社，1984

[2] 马志毅，王南光.直流稳压电源检定规程[S].北京：中国航天工业总公司，1999

[3] 郑家祥，傅崇伦.电子测量技术[M]，北京：国防工业出版社，1981

[4] 张克农.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1998

[5] 汪铁华译.Fluke Corporation.校准——理论与实践[M].北京：中国计量出版社，2000

[6] 张蔑，肖东.多功能电子负载在电子设备测试中的应用[J].重庆工业学院学报，1999，13(2)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.08.18