При тестировании источников питания используется электронная нагрузка. Как быть, если максимальное выходное напряжение тестируемого устройства превышает максимально допустимое напряжение нагрузки? Рассмотрим несколько вариантов.
Принцип работы
Основными режимами стабилизации электронной нагрузки являются режим постоянного тока (СС) или постоянного напряжения (CV). Некоторые нагрузки имеют дополнительные режимы: постоянного сопротивления (CR), постоянной мощности (CP) и постоянного импеданса (CZ). Нагрузка СС предназначена для источников постоянного напряжения, например, DC/DC-преобразователей. Нагрузки CV используются для источников тока СС.
Рассмотрим подробнее программируемую нагрузку СС. Ток через нагрузку регулируется посредством изменения сопротивления канала RDS силового MOSFET (см. рис. 1).
Рис. 1. Подключение нагрузки СС
Максимальный ток найдем из соотношения I = V/R, где V – выходное напряжение DC/DC преобразователя VOut; R = (RDS(on) + Rshunt). Когда этот предел достигнут, электронная нагрузка перестает работать в режиме СС. Она становится неуправляема и работает практически в режиме короткого замыкания (КЗ). Соответственно, ее сопротивление минимально. Как правило, это значение называют минимальным сопротивлением включения или сопротивлением КЗ.
Последовательно включенная нагрузка
У каждой электронной нагрузки есть максимально допустимое напряжение. Для определенности пусть это 60 В. Если DC/DC-преобразователь имеет максимальное напряжение 100 В и выходной ток 10 А, то очевидное решение – поставить две нагрузки последовательно (см. рис. 2). Каждая будет обеспечивать 10 А, а раз они соединены последовательно, то через них будет течь один и тот же ток.
Однако невозможно установить программно точный ток из-за погрешностей шунтов и схем, задающих величину тока.
Рис. 2. Последовательное соединение двух электронных нагрузок
Пусть первая нагрузка обеспечивает 9,99 А, вторая 10,01 А. Первая нагрузка будет работать в режиме СС. Вторая нагрузка будет пытаться увеличить ток, уменьшая RDS, однако никогда значение 10,01 А не будет достигнуто из-за того, что первая нагрузка ограничивает ток на уровне 9,99 А. Таким образом, вторая нагрузка будет работать в режиме, близком к КЗ.
Поскольку она закорочена, падение напряжения на ней составляет 0 В. То есть все 100 В приходятся только на одну нагрузку. Она автоматически отключится, и входная схема, вероятно, будет повреждена. При использовании большего количества нагрузок происходит то же самое.
Подключение двух нагрузок в разных режимах стабилизации
Можно попробовать одну нагрузку оставить в режиме СС, остальные – в CV. Тогда только одна нагрузка будет управлять током. В данной конфигурации проблемным является момент отключения или перехода одной из нагрузок в режим защиты, когда она отключается неожиданно.
Как только ток прерывается, нагрузка из режима СС перейдет в режим КЗ с наименьшим сопротивлением, чтобы увеличить ток. Остальные нагрузки, работающие в режиме CV, установят наибольшее сопротивление, чтобы достичь запрограммированное значение напряжения. Высокое напряжение преобразователя появится на нагрузке с наибольшим сопротивлением (см. рис. 3).
Рис. 3. Подключение двух нагрузок в разных режимах стабилизации
Заключение
Электронные нагрузки включать последовательно нельзя, если тестируемое устройство может вырабатывать большее напряжение, чем то, на которое рассчитаны нагрузки. В противном случае все напряжение будет сконцентрировано на одной нагрузке. Единственным безопасным с этой точки зрения решением является правильный выбор нагрузки. Ее максимально допустимое напряжение должно быть не меньше, чем выходное напряжение тестируемого устройства.