胡彩莉，黃姣娜

（信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所賽寶計(jì)量檢測中心，廣東 廣州 510610）

1 引言

直流電子負(fù)載是利用半導(dǎo)體器件吸取電源（或等效電源）的功率并將其消耗的一種模擬負(fù)載。它的原理就是通過控制內(nèi)部功率器件MOS場效應(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。

由于采用了功率半導(dǎo)體器件替代實(shí)物電阻作為電能消耗的載體，從而使得負(fù)載的調(diào)節(jié)和控制易于實(shí)現(xiàn)，能達(dá)到較高的調(diào)節(jié)精確度和穩(wěn)定度。同時(shí)通過靈活多樣的設(shè)置調(diào)節(jié)和控制方式，不但可以模擬實(shí)際的電阻等實(shí)物負(fù)載，而且還可以設(shè)置模擬高低兩種特殊負(fù)載的波形曲線，方便地用于測試電源設(shè)備的動態(tài)（瞬態(tài)）特性。

2 電子負(fù)載的校準(zhǔn)項(xiàng)目索引

根據(jù)JJF 30101-2007得知，直流電子負(fù)載的檢測項(xiàng)目常有電壓測量校準(zhǔn)、電流測量校準(zhǔn)、定電流（CC）模式電流校準(zhǔn)、定電流模式調(diào)整率校準(zhǔn)、定電壓（CV）模式電壓校準(zhǔn)、定電壓模式調(diào)整率校準(zhǔn)、定電阻（CR）模式電阻校準(zhǔn)、定功率（CP）模式功率校準(zhǔn)、動態(tài)（電流）負(fù)載模式參數(shù)校準(zhǔn)9項(xiàng)。

直流電子負(fù)載常用于模擬大電流工作狀態(tài)，外接線等影響量不容忽視，在校準(zhǔn)檢測中需要有可靠的方法和系統(tǒng)檢測準(zhǔn)確度。9項(xiàng)檢測項(xiàng)目測試加之其他功能檢查看似校準(zhǔn)項(xiàng)目繁多，其實(shí)在檢測過程中常把關(guān)聯(lián)的幾項(xiàng)綜合起來檢測就更快捷。

這里主要介紹把電壓測量校準(zhǔn)和定電壓（CV）模式電壓校準(zhǔn)合為一項(xiàng)，同時(shí)把電流測量校準(zhǔn)和定電流（CC）模式電流校準(zhǔn)合為一項(xiàng)同進(jìn)行校準(zhǔn)檢測，以使工作準(zhǔn)確快速高效。

3 傳統(tǒng)的檢測方法

3.1 電壓測量校準(zhǔn)

圖1為電壓測量校準(zhǔn)連接框圖。直流穩(wěn)定電源的輸出正負(fù)對應(yīng)連接直流電子負(fù)載的輸入正負(fù)端，敏感端與輸入端同極性相連，功能設(shè)置為本機(jī)（Local）狀態(tài)。數(shù)字多用表作為標(biāo)準(zhǔn)表監(jiān)測直流穩(wěn)定電源的電壓，讀出值為標(biāo)準(zhǔn)電壓值VM1，直流電子負(fù)載面板的電壓表指示值為VM2，此時(shí)負(fù)載的通斷開關(guān)處于“OFF”斷開狀態(tài)。檢測原理就相當(dāng)校準(zhǔn)檢測某一電壓表。檢測結(jié)果的偏差為：

圖1 電壓校準(zhǔn)連接框圖

3.2 電流測量校準(zhǔn)

直流電子負(fù)載的輸入正端串接精密取樣電阻器后連接到直流穩(wěn)定電源的輸出正端，兩負(fù)端直接相連。數(shù)字多用表的輸入正負(fù)端分別連接到精密取樣電阻器R0的電壓端。

將直流電子負(fù)載功能設(shè)置為“CC”模式，選取并設(shè)置電流量程和校準(zhǔn)電流值，而對應(yīng)的直流穩(wěn)定電源設(shè)置為“CV”模式。數(shù)字多用表一直在直流電壓（DCV）功能自動量程上。

依次打開直流電子負(fù)載的輸入即負(fù)載設(shè)置為“ON”狀態(tài)，這時(shí)可按下短路鍵。調(diào)整直流穩(wěn)定電源輸出使直流電子負(fù)載的電流指示到需要校準(zhǔn)的電流值，同時(shí)記錄數(shù)字多用表測得的精密取樣電阻上測得的電壓值，按量程從低到高檢測。然后由式（2）計(jì)算出電流測量值的偏差δI：

式中：IM2——直流電子負(fù)載的電流指示值；

IM1——數(shù)字多用表讀得的取樣電壓值比取樣電阻R0的實(shí)際值；

V′M1——數(shù)字多用表的取樣電壓值；

R0——取樣電阻器R0的實(shí)際阻值。

圖2 電流校準(zhǔn)連接框圖

3.3 定電流（CC）模式電流校準(zhǔn)

校準(zhǔn)連接如圖2，設(shè)置好直流電子負(fù)載的量程和校準(zhǔn)值。打開負(fù)載功能，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)定電源的輸出使直流電子負(fù)載工作在預(yù)置電流值的定電流模式下，同時(shí)記下數(shù)字多用表的電壓值，除以取樣電阻實(shí)際值得到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電流值，計(jì)算公式同式（3）。

3.4 定電壓（CV）模式電壓校準(zhǔn)

如圖1連接。直流電子負(fù)載的功能置“CV”模式，設(shè)置合適的電流量限值。對應(yīng)的直流穩(wěn)定電源設(shè)置為“CC”模式。

預(yù)置好直流電子負(fù)載的恒定電壓值后，打開負(fù)載的輸入，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)定電源的輸出使直流電子負(fù)載工作在預(yù)置電壓值的定電壓模式下，記錄對應(yīng)的數(shù)字多用表上的電壓讀數(shù)，偏差計(jì)算同式（1）。

4 合并的綜合校準(zhǔn)方法

從3.1和3.4的電壓測量校準(zhǔn)和定電壓模式電壓校準(zhǔn)原理仔細(xì)分析，兩者的區(qū)別僅是有無直流電子負(fù)載接入檢測線路，即定電壓模式時(shí)為帶載檢測，而電壓測量校準(zhǔn)是無負(fù)載接入僅是檢測電壓表。同理3.2和3.3中的電流測量校準(zhǔn)和定電流模式校準(zhǔn)也是直流電子負(fù)載接入檢測電路或是未接入（空載或短路負(fù)載）的區(qū)別，在“CC”模式下電流表檢測的是帶負(fù)載回路中的電流值。

因此校準(zhǔn)中把連接框圖綜合為一個(gè)圖，見圖3。它既是電壓測量校準(zhǔn)和定電壓模式電壓校準(zhǔn)展示框圖，同時(shí)也是電流測量校準(zhǔn)和定電流模式電流校準(zhǔn)的原理框圖，定電阻模式和定功率模式校準(zhǔn)原理圖都是由圖3來完成。

圖3 綜合測試圖1

在加上負(fù)載的情況下，電壓校準(zhǔn)和“CV”模式恒壓校準(zhǔn)值，對檢測結(jié)果分別記錄。同理電流校準(zhǔn)和"CC"模式恒流校準(zhǔn)值也是帶上負(fù)載檢測，分別記錄兩項(xiàng)電流值。

圖4為實(shí)際校準(zhǔn)中常用帶前后測量端的數(shù)字多用表如型號為34401A和2000等六位半的數(shù)字多用表，用前后一鍵轉(zhuǎn)換即可很方便地檢測到電壓值或電流值。

圖4 綜合測試圖 2

關(guān)于檢測點(diǎn)的選取一般分別取量程的上限（接近滿量程）和下限（大于1/10量程），電壓測量校準(zhǔn)和電流測量校準(zhǔn)僅在量程中間加測一點(diǎn)，共為三點(diǎn)。

這里需要說明的是，電壓表的連接必須接在負(fù)載端，而且要用標(biāo)準(zhǔn)的大電流線，越短越好。因?yàn)樵诖箅娏饕话愦笥?0A時(shí)，連接線上的壓降是不容忽視的，連接點(diǎn)是非常重要，不能如圖1那樣空載時(shí)任意并接。1m長的大電流線首尾會產(chǎn)生大于0.1%的偏差，若不是標(biāo)準(zhǔn)大電流線電壓的跌落會更大，誤差值隨之增大。

同時(shí)，直流電子負(fù)載校準(zhǔn)過程中，加在負(fù)載上的電壓和電流之乘積即功率絕對不能大于其額定功率值，而且正負(fù)端要連接正確，選擇損耗小的標(biāo)準(zhǔn)大電流連接線連接到正確的測試點(diǎn)上。

5 結(jié)束語

綜合連接圖校準(zhǔn)方法，在專業(yè)計(jì)量和工程測試直流電子負(fù)載前一次性連接正確后，檢測結(jié)果穩(wěn)定可靠，準(zhǔn)確度得到有效的保證，一舉兩得采集到校準(zhǔn)檢測數(shù)據(jù)，操作快捷高效。

[1] 施 敏.半導(dǎo)體器件物理[M].3版.西安：西安交通大學(xué)出版社，2008.

[2]JJF 30101-2007，直流電子負(fù)載校準(zhǔn)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)量出版社，2007.

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

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

[5] 劉鵬程，邱 揚(yáng).電磁兼容原理及技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，1993.

[6]Fluke Corporation.校準(zhǔn)——理論與實(shí)踐[M].汪鐵華，譯.北京：中國計(jì)量出版社，2000.