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为什么大多电子负载不能串联成高电压负载?
  如今,许多设备都在更高的电压下运行,例如碳化硅半导体、直流配电系统、电动汽车电池和电源子系统。当设备可以供电时,它们需要一个电子负载(e-load)在测试期间将它们加载下来。

  如今,许多设备都在更高的电压下运行,例如碳化硅半导体、直流配电系统、电动汽车电池和电源子系统。当设备可以供电时,它们需要一个电子负载(e-load)在测试期间将它们加载下来。但随着电压攀升至 400 V、600 V 甚至 1000 V,市场上额定用于这些高电压的电子负载越来越少,但是可以考虑将电子负载串联以构建解决方案。但是,市场上的大多数(如果不是全部)电子负载都不能安全地串联,为什么会这样呢,请继续阅读。

  电子负载如何工作?

  最基本的电子负载可以在恒流 (CC) 或恒压 (CV) 下运行。一些电子负载提供恒定电阻 (CR)、恒定功率 (CP) 甚至恒定阻抗 (CZ),但所有这些模式通常都源自基本的 CC 或 CV 功能。CC e-load 用于降低 CV 源的负载,例如 DC-DC 转换器的输出。CV 电子负载将用于降低 CC 电流源的输出。

  仔细观察 CC 可编程电子负载,电子负载通过调整FET的 R DS来控制流过的电流量(图 1)。串联电阻(分流器)检测实际电流。分流器上的这个信号被放大,与用于将电子负载编程到所需 CC 电平的数模转换器 (DAC) 电压进行比较,并反馈到 FET 的栅极以产生稳定的恒定电流。

  1、在 CC 模式下,电子负载通过调整 FET 的 RDS 来控制电流量。

  如果流过的电流太大,反馈电路将调整栅极电压以增加 R DS并减少电流。如果没有足够的电流流动,反馈电路将调整栅极电压以降低 R DS并增加电流。如果电子负载不能拉出足够的电流来达到 CC 值,反馈电路将导致栅极完全导通并将 R DS设置为其最低值,从而有效地将 FET 短路。

  最大电流将基于 I = V/R 流动,其中 V = V Out of the dc-dc 转换器和 R = (R DS(on) of the FET + R shunt )。当达到此限制时,电子负载将不会处于 CC,因为它无法将电流驱动到编程的 CC 值。相反,电子负载将不受调节,其输入端子几乎短路。这种接近短路是电子负载的最小电阻,通常被指定为电子负载的“最小导通电阻”或“短路电阻”。

    串联电子负载

  每个电子负载的额定电压最高,例如 60 V。如果 DC-DC 转换器具有 100-V、10-A 输出,您可能会想将两个 60-V 电子负载串联(图. 2) . 每个电子负载必须设置为 10 A,因为它们是串联的,并且相同的电流将流过它们。然而,由于编程不准确,它们永远不会被编程到完全相同的电流水平。

  2、串联两个 CC 模式的 60V 电子负载,电子负载 #1 将电流保持在 9.99 A。电子负载 #2 无法达到 10.01 A,不受调节,几乎短路。结果,几乎所有 100 V 电压都施加到电子负载 #1,从而导致故障。

  因此,e-load #1 可能达到 9.99 A,e-load #2 可能达到 10.01 A。现在,电流开始流动。E-load #1,设置为 9.99 A 的较低电流水平,将控制电流并在 CC 中成功运行。设置为较高电流的 E-load #2 将尝试通过降低其 R DS来拉出越来越多的电流,但它永远不会达到其编程的 10.01 A,因为 e-load #1 将其电流限制为 9.99 A。最终, 电子负载#2 将接近短路并不受调节地运行。

  由于它是短路的,因此电子负载#2 端子上的最终电压将接近 0 V。这意味着几乎所有 100 V 都将出现在电子负载 #1 的端子上。这种过电压会导致电子负载 #1 关闭,并可能损坏输入电路。

  虽然这个例子是针对两个串联的电子负载,但三个或更多的情况是一样的。这只能证明您不能同时尝试控制/调节通过同一路径的电流的两个或多个设备。

  您可能会考虑在 CC 中使用一个电子负载,而在 CV 中使用其余的电子负载,因此只有一个电子负载试图控制电流。但在这种配置中,当有意关闭电子负载或其中一个电子负载进入保护并意外关闭时,就会出现问题。

  一旦电流中断,任何设置为 CC 的电子负载都将被驱动充当短路(尽可能低的电阻)以尝试拉动尽可能多的电流。同时,任何设置为 CV 的电子负载都将被驱动为开路(尽可能高的电阻),以尝试在 FET 的R DS上实现编程的 CV 压降,即使没有电流流动也是如此。由于串联电子负载电阻的分压器效应,这将导致 DC-DC 转换器的高电压出现在电阻最高的电子负载上(图 3)。

  3、两个串联的电子负载,电子负载#1,设置为CC,保持电流为10A。电子负载#2 设置为CV。如果任一电子负载关闭,则电子负载 #1 将变为接近短路的低电阻,电子负载 #2 将变为接近开路的高电阻。结果,形成了分压器,导致几乎所有 100 V 都施加到电子负载 #2,从而导致故障。

  概括

  如果被测设备提供的电压高于任何一个电子负载的额定值,那么串联操作电子负载是不安全的,因为整个电压最终会出现在一个电子负载上。因此,串联操作的唯一安全方法是让每个电子负载额定为被测设备的全电压。但是如果你有那个,你根本不需要把电子负载串联起来。

时间:2021.09.13 来源:吉事励 阅读:5173
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