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探究电子负载过冲:成因剖析与解决方案

1.什么是电子负载过冲现象?

电子负载过冲现象是指电子负载在带载起机或重新启动时,电流或电压会在短时间内超过预期稳定值的情况。

以简单的电源给电容充电为例,刚接通电源瞬间,由于电容两端电压不能突变,电容相当于短路,此时就会有一个很大的电流涌入,这个瞬间的大电流就是电流过冲。

在实际应用中,比如在开关电源电路里,负载突然接入或者电源启动的时候,输出电流可能会快速上升并且超过正常工作电流,这就是电子负载电流过冲。电压过冲与之类似,是电压瞬间超过正常设定电压值的情况。这种过冲现象可能会对电子元件造成损害,影响电路的正常工作和使用寿命。


2.当电子负载出现过冲时,如何去解决?

启用软启动功能:电子负载的软启动功能可使拉载过程更加平稳。开启软启动后,电子负载会按照预设的参数缓慢增加拉载电流,避免电流突变引发过冲。就像给汽车慢慢加速一样,避免瞬间的大电流或高电压冲击,减少过冲的可能性。

APM内置软启动功能包括斜率设置和其他参数设置。

(1)改变斜率设置:如果电子负载有斜率控制功能,通过减小电流或电压上升斜率,让加载过程变缓,从而避免过冲。以电流斜率为例,假设要测试一个电源,将电流斜率设置为一个较小的值,如0.1A/s。这意味着电子负载的电流从0A开始,会以每秒0.1A的速度缓慢增加。电源有足够的时间来调整其内部的反馈环路,使输出能够平稳地适应负载电流的变化。

(2)其他参数设置:在负载设置页面,设置起始拉载电压,卸载电压和保持带载状态可有效解决负载过冲问题。


例如, APM电子负载系列EL200VDC5600W在开关电源测试过程中,测试条件如图:

因客户操作过程为Load OFF>>Load ON>>DC ON,负载会产生以下过冲波形:

过冲原因为在带载起机时,Von (起始带载电压)设置过低,负载电压在接近Von时会开始拉载电流。因此DUT(被测设备)的输出电压达不到负载设定,负载会进入饱和状态(近似短路),导致电流过冲。这种情况下,适当提高Von设定值,以确保负载电压在起机过程不会过早地达到饱和状态,可有效避免过冲现象发生。


如下图,设置Von=5V后,电流波形不过冲,机器正常起机。

若其他条件不变,Von提高后(假设Von=5V),客户操作流程为Load OFF>>Load ON>>DC ON>> DC OFF>> DC ON,依然产生过冲现象,那么过冲原因为:Keep load on=Enable(启用保持带载功能)引起DUT带载起机过程中电流过冲。当保持带载功能开启时,如果DUT在拉载正常后停止输出,负载会持续处于拉载电流状态。当DUT再次启动时,由于负载仍处于近似短路状态,会出现电流过冲。这种情况下,禁用保持带载功能,避免负载在停止输出后持续处于拉载电流状态,从而减少重启时的电流过冲。或者,启用保持带载功能的同时,给予一个Voff(卸载电压)(Voff<=Von),以便在负载电压过低时停止拉载,防止电流过冲。

增加缓冲电路:在电源输出端与电子负载之间增加缓冲电路,如串联一个小电感或并联一个大电容。当电源开启瞬间,电感可以阻碍电流的快速变化,电容可以吸收瞬间的电压波动,从而有效抑制过冲。

总之,深入理解电子负载过冲现象,积极采取有效措施,才能确保设备稳定运行,提升系统性能。未来,随着技术的不断进步,有望进一步优化电子负载特性,降低过冲带来的风险。

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