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探究電子負載過沖:成因剖析與解決方案

1.什麼是電子負載過沖現象?

電子負載過沖現象是指電子負載在帶載起機或重新開機時,電流或電壓會在短時間內超過預期穩定值的情況。

以簡單的電源給電容充電為例,剛接通電源瞬間,由於電容兩端電壓不能突變,電容相當於短路,此時就會有一個很大的電流湧入,這個瞬間的大電流就是電流過沖。

在實際應用中,比如在開關電源電路裡,負載突然接入或者電源啟動的時候,輸出電流可能會快速上升並且超過正常工作電流,這就是電子負載電流過沖。電壓過沖與之類似,是電壓瞬間超過正常設定電壓值的情況。這種過沖現象可能會對電子元件造成損害,影響電路的正常工作和使用壽命。


2.當電子負載出現過沖時,如何去解決?

啟用軟啟動功能:電子負載的軟啟動功能可使拉載過程更加平穩。開啟軟啟動後,電子負載會按照預設的參數緩慢增加拉載電流,避免電流突變引發過沖。就像給汽車慢慢加速一樣,避免瞬間的大電流或高電壓衝擊,減少過沖的可能性。

APM內置軟啟動功能包括斜率設置和其他參數設置。

(1)改變斜率設置:如果電子負載有斜率控制功能,通過減小電流或電壓上升斜率,讓載入過程變緩,從而避免過沖。以電流斜率為例,假設要測試一個電源,將電流斜率設置為一個較小的值,如0.1A/s。這意味著電子負載的電流從0A開始,會以每秒0.1A的速度緩慢增加。電源有足夠的時間來調整其內部的回饋環路,使輸出能夠平穩地適應負載電流的變化。

(2)其他參數設置:在負載設置頁面,設置起始拉載電壓,卸載電壓和保持帶載狀態可有效解決負載過沖問題。


例如, APM電子負載系列EL200VDC5600W在開關電源測試過程中,測試條件如圖:


因客戶操作過程為Load OFF>>Load ON>>DC ON,負載會產生以下過沖波形:

過沖原因為在帶載起機時,Von (起始帶載電壓)設置過低,負載電壓在接近Von時會開始拉載電流。因此DUT(被測設備)的輸出電壓達不到負載設定,負載會進入飽和狀態(近似短路),導致電流過沖。這種情況下,適當提高Von設定值,以確保負載電壓在起機過程不會過早地達到飽和狀態,可有效避免過沖現象發生。


如下圖,設置Von=5V後,電流波形不過沖,機器正常起機。

若其他條件不變,Von提高後(假設Von=5V),客戶操作流程為Load OFF>>Load ON>>DC ON>> DC OFF>> DC ON,依然產生過沖現象,那麼過沖原因為:Keep load on=Enable(啟用保持帶載功能)引起DUT帶載起機過程中電流過沖。當保持帶載功能開啟時,如果DUT在拉載正常後停止輸出,負載會持續處於拉載電流狀態。當DUT再次啟動時,由於負載仍處於近似短路狀態,會出現電流過沖。這種情況下,禁用保持帶載功能,避免負載在停止輸出後持續處於拉載電流狀態,從而減少重啟時的電流過沖。或者,啟用保持帶載功能的同時,給予一個Voff(卸載電壓)(Voff<=Von),以便在負載電壓過低時停止拉載,防止電流過沖。

增加緩衝電路:在電源輸出端與電子負載之間增加緩衝電路,如串聯一個小電感或並聯一個大電容。當電源開啟瞬間,電感可以阻礙電流的快速變化,電容可以吸收瞬間的電壓波動,從而有效抑制過沖。

總之,深入理解電子負載過沖現象,積極採取有效措施,才能確保設備穩定運行,提升系統性能。未來,隨著技術的不斷進步,有望進一步優化電子負載特性,降低過沖帶來的風險。

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