直流電子負(fù)載校準(zhǔn)技術(shù)的研究

余 行 杜秋玲 成巧玲 王三雄

(湖北航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所，孝感 432000)

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直流電子負(fù)載校準(zhǔn)技術(shù)的研究

余 行 杜秋玲 成巧玲 王三雄

(湖北航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所，孝感 432000)

隨著直流電子負(fù)載被廣泛用于電源類產(chǎn)品和功率電子元器件的實(shí)驗(yàn)、測(cè)試、檢定、老化等環(huán)節(jié)，直流電子負(fù)載的校準(zhǔn)也顯得越來越重要。針對(duì)直流電子負(fù)載的校準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)目前還未頒布相關(guān)的檢定規(guī)程和校準(zhǔn)規(guī)范。本文結(jié)合相關(guān)資料和筆者多次試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)介紹了一種對(duì)直流電子負(fù)載功能和特性適用的校準(zhǔn)方法。

直流電子負(fù)載；校準(zhǔn)方法

0 引言

電子負(fù)載是一種起程控電能吸收裝置作用的儀器。其主要應(yīng)用是對(duì)直流電源進(jìn)行測(cè)試。不過隨著人們對(duì)電子負(fù)載的認(rèn)識(shí)，如今直流電子負(fù)載也被廣泛用于研發(fā)期間的電池測(cè)試、固態(tài)半導(dǎo)體大功率元器件測(cè)試、直流電動(dòng)機(jī)測(cè)試、直流發(fā)電機(jī)測(cè)試等領(lǐng)域。

目前國(guó)內(nèi)尚未見直流電子負(fù)載檢定規(guī)程和校準(zhǔn)規(guī)范，故參照J(rèn)JG 315—1983《直流數(shù)字電壓表檢定規(guī)程》和JJG 598—1989《直流數(shù)字電流表檢定規(guī)程》對(duì)直流電子負(fù)載進(jìn)行校準(zhǔn)。筆者通過多次校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，確定其校準(zhǔn)方法，經(jīng)實(shí)際證明其方法可行。

1 直流電子負(fù)載的工作原理

直流電子負(fù)載是通過控制內(nèi)部功率器件MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極型晶體管或雙極型晶體管的導(dǎo)通量依靠功率管耗散功率進(jìn)行消耗電能而起到實(shí)物負(fù)載的作用。它能夠正確檢測(cè)出負(fù)載電壓，精確調(diào)整負(fù)載電流，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)模擬負(fù)載短路等作用。直流電子負(fù)載一般有多種消耗電能的負(fù)載模式，如恒定電壓(CV)、恒定電流(CC)、恒定電阻(CR)和恒定功率(CP)等，可模擬各種不同的負(fù)載狀況。

3 校準(zhǔn)方法

根據(jù)直流電子負(fù)載的工作原理，其校準(zhǔn)方法主要有恒定電壓(CV)模式電壓校準(zhǔn)、恒定電流(CC)模式電流校準(zhǔn)、恒定電阻(CR)模式電阻校準(zhǔn)、恒定功率(CP)模式功率校準(zhǔn)和動(dòng)態(tài)(電流)負(fù)載模式校準(zhǔn)等5種校準(zhǔn)模式。

3.1 恒壓工作模式校準(zhǔn)

圖1為電子負(fù)載校準(zhǔn)接線圖。接通直流電子負(fù)載和電源開關(guān)，將直流電子負(fù)載設(shè)置為恒壓工作模式，設(shè)置電源為恒流工作模式其輸出電壓設(shè)置為高于直流電子負(fù)載恒壓模式的電壓滿量程值，其輸出電流為直流電子負(fù)載滿功率下的最大電流值，打開電源輸出開關(guān)和直流電子負(fù)載輸入開關(guān)。

圖1 直流電子負(fù)載校準(zhǔn)接線圖

將直流電子負(fù)載的編程電壓值U1設(shè)置為滿量程的100%、80%、50%、30%、10%，分別讀取標(biāo)準(zhǔn)直流電壓表1測(cè)量值U2，直流電子負(fù)載的測(cè)量電壓值U3。然后，根據(jù)式(1)計(jì)算編程電壓的誤差ΔU1，根據(jù)式(2)計(jì)算測(cè)量電壓的誤差ΔU2。

ΔU1=U1-U2

(1)

ΔU2=U3-U2

(2)

3.2 恒流工作模式校準(zhǔn)

按圖1接線，接通直流電子負(fù)載和電源開關(guān)，將直流電子負(fù)載設(shè)置為恒流工作模式，設(shè)置直流電源為恒壓工作模式，其輸出電流設(shè)置為高于直流電子負(fù)載恒流模式的電流滿量程值，其輸出電壓為直流電子負(fù)載滿功率下的最大電壓值，打開電源輸出開關(guān)和直流電子負(fù)載輸入開關(guān)。

將直流電子負(fù)載的編程電流值I1設(shè)置為滿量程的100%、80%、50%、30%、10%，分別記錄分流器R測(cè)量電流值I2，直流電子負(fù)載的測(cè)量電流值I3。然后，根據(jù)式(3)計(jì)算編程電流的誤差ΔI1，根據(jù)式(4)計(jì)算測(cè)量電流的誤差ΔI2。

ΔI1=I1-I2

(3)

ΔI2=I3-I2

(4)

3.3 恒阻工作模式校準(zhǔn)

按圖1接線，接通電源和直流電子負(fù)載電源開關(guān)，設(shè)置電子負(fù)載為恒阻工作模式，選擇需要校準(zhǔn)的電阻量程，設(shè)置電源電流輸出為電阻量程要求的電流、電壓值，打開電源輸出開關(guān)和直流電子負(fù)載輸入開關(guān)。

將直流電子負(fù)載的編程電阻值R1設(shè)置滿量程的100%、80%、50%、30%、10%，分別記錄分流器R測(cè)量的電流值I4，標(biāo)準(zhǔn)電壓表1的測(cè)量值U4，直流電子負(fù)載的編程電阻誤差ΔR1按式(5)計(jì)算：

(5)

3.4 恒功率工作模式校準(zhǔn)

按圖1接線，接通電源和電子負(fù)載開關(guān)，設(shè)置直流電子負(fù)載為恒功率工作模式，設(shè)置電壓輸出為高于恒壓模式的電壓滿量程值，設(shè)置電流為直流電子負(fù)載滿功率下的最大電流值，打開電源輸出開關(guān)和直流電子負(fù)載輸入開關(guān)。

將直流電子負(fù)載的編程功率值P1設(shè)置為滿量程的100%、80%、50%、30%、10%，分別記錄分流器R測(cè)量的電流值I5，標(biāo)準(zhǔn)直流電壓表1的測(cè)量值U5，直流電子負(fù)載的測(cè)量功率值P2。然后，根據(jù)式(6)計(jì)算直流電子負(fù)載的編程功率誤差ΔP1，根據(jù)式(7)計(jì)算測(cè)量直流電子負(fù)載的測(cè)量功率誤差ΔP2。

ΔP1=P1-U5×I5

(6)

ΔP2=P2-U5×I5

(7)

3.5 動(dòng)態(tài)(電流)負(fù)載模式校準(zhǔn)

按圖2接線，將直流電子負(fù)載功能設(shè)為恒電流工作(CC)模式，根據(jù)直流電子負(fù)載的動(dòng)態(tài)測(cè)試參數(shù)技術(shù)要求，選擇合適的數(shù)字示波器和相應(yīng)的電流探頭。動(dòng)態(tài)(電流)負(fù)載的參數(shù)通常有六個(gè)，分別為：高/低負(fù)載電流、負(fù)載電流上升/下降斜率、高/低負(fù)載電流時(shí)間，對(duì)應(yīng)[HIGH]、[LOW]、[RISE]、[FALL]、[THIGH]和[TLOW]按鍵，用示波器采集波形并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

圖2 動(dòng)態(tài)(電流)負(fù)載模式校準(zhǔn)圖

4 結(jié)束語

本方法根據(jù)綜合測(cè)試原理，結(jié)合電子負(fù)載的工作響應(yīng)狀況，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)項(xiàng)目綜合檢測(cè)，操作簡(jiǎn)便、靈活。檢測(cè)結(jié)果穩(wěn)定可靠，準(zhǔn)確度得到有效保證。目前，越來越多的計(jì)量機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始將直流電子負(fù)載作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，相信隨著認(rèn)識(shí)水平和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備技術(shù)性能的不斷提高，直流電子負(fù)載的校準(zhǔn)方法將不斷得以完善。

[1] JJG 315—1983 直流數(shù)字電壓表檢定規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1984

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[3] 鄭家祥，傅崇倫.電子測(cè)量技術(shù)[M]，北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1981

[4] 張克農(nóng).數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，1998

[5] 汪鐵華譯.Fluke Corporation.校準(zhǔn)——理論與實(shí)踐[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2000

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10.3969/j.issn.1000-0771.2015.08.18