拋負載是指在蓄電池充電時(shí),斷開(kāi)發(fā)電機與蓄電池的連接而引起發(fā)電機輸出大電壓尖峰,從而使得其它連接到發(fā)電機電源的設備受到破壞的威脅。在交流發(fā)電機內部包含感性線(xiàn)圈和整流器,在對蓄電池進(jìn)行大電流充電時(shí),這時(shí)如果突然斷開(kāi)蓄電池,由于感性器件的電流無(wú)法突變,將引起交流發(fā)電機輸出電壓急劇上升。
? 拋負載P5A參數 / Throw load P5A parameter
存在問(wèn)題:標準需求按照2Ω內阻+2Ω負載電阻校驗波形,那么選擇其它內阻時(shí),脈寬該如何變化呢?
根據標準,波形為雙指數波。由于Tr << Td,脈沖形成回路簡(jiǎn)化為上圖。
空載時(shí)Td=400ms,當Ri和Rl都是2Ω時(shí)Td=200ms,則可以推出Rm=Ri+Rl=4Ω。Cm也隨之確定(Cm=400ms/2.3/4=43mF)。
回到剛才的問(wèn)題:當Ri變化時(shí),Cm和Rm要不要一起改變呢?
根據這些年測試結果看,大部分國內外的拋負載發(fā)生器切換Ri時(shí),Cm和Rm是固定的(根據脈寬而不是實(shí)際的Cm和Rm),但也有某些拋負載發(fā)生器,選擇不同的內阻加匹配負載校準,脈寬都是變?yōu)?0%。這兩種發(fā)生器(除了2Ω內阻)測試結果可能會(huì )差別較大。
? 發(fā)生器的衍變 / Evolution of the generator
傳統的拋負載發(fā)生器是用模擬器件做的。隨著(zhù)各種標準推出,各個(gè)車(chē)廠(chǎng)對波形脈沖寬度要求也越來(lái)越多,靠切換器件實(shí)現各種需求變得不現實(shí)了。目前主流的是用功放模擬拋負載的波形。
用功放實(shí)現拋負載的波形,僅僅從計量校準的角度看,沒(méi)有任何問(wèn)題,但帶上試品后產(chǎn)生的效果,可能會(huì )差異巨大。
標準要求:校準波形時(shí)供電電壓設置為0V。實(shí)際情況是在系統供電后,帶載波形不盡相同。
■ 測試案例 1 ■
一個(gè)客戶(hù)反映使用LDS 200N30 在3.2.2下內阻2.5ohm連續試驗10次,試驗間隔60s,器件(TVS)無(wú)損壞。而在使用某進(jìn)口設備在3.3.2下內阻2.5ohm連續試驗10次,試驗間隔60s,器件(TVS)無(wú)法耐受。于是在同一環(huán)境下測試驗證。
DUT電壓=28V;試驗電壓=174V,td=350ms??蛰d波形相差不大。
△ 3CTEST LDS 200N30 波形
△ 進(jìn)口設備波形
電流Ir=(Up-UL)/Ri。測試案例2中,Ir=(30-14)/2=8A。就算TVS已經(jīng)擊穿,UL電壓為0,則Ir=(30-0)/2=15A。而實(shí)測峰值電流63A,遠遠大于理論值。
▎虛擬內阻 ■ ■
之所以出現實(shí)際電流遠大于理論值的情況,是因為發(fā)生器的內阻不是真實(shí)的阻抗,而是所謂的虛擬阻抗。設備測量負載的靜態(tài)阻抗,然后通過(guò)計算,改變輸出脈沖的幅度和脈寬。如果是純阻性負載,測試結果可能差別不大。但遇上TVS或壓敏之類(lèi)的器件,有電壓電流突變的情況,而發(fā)生器又不能快速、動(dòng)態(tài)做相應調整,則會(huì )出現這類(lèi)測試結果不符合理論值的現象。
虛擬內阻可以做到很大的設置范圍。但理論上虛擬內阻不適合這個(gè)使用場(chǎng)景:因為只有先出現電流才能判斷負載情況,然后再修正輸出波形,修正滯后太多,明顯不合理。
目前的測試結果表明:某些拋負載發(fā)生器使用虛擬內阻,甚至都沒(méi)有動(dòng)態(tài)調整波形。
如果出現測試結果和預估值差異太大的情況,可以同時(shí)測量試品處的電壓、電流波形,根據數據判斷發(fā)生器是否有問(wèn)題。
■ 測試案例3 ■
兩家拋負載設備,同等條件下測試相同產(chǎn)品,結果差異大。
設定參數:UA: 28 V;US: 151 V;US*:58V;Ri:1 Ω;td:100 ms。
拋負載模擬器LDS 200N30 電壓讀值:42.6V,電流讀值:93A;
另一臺發(fā)生器電壓讀值:38V;電流讀值:4.8A。
LDS 200N30 測試數據:電壓讀值:42.6V,電流讀值:93A。
標準表明波形B模擬交流發(fā)電機內部含有對拋負載波形的抑制功能。
需要注意的是,發(fā)電機產(chǎn)生的拋負載波形還是A波形,只是被限幅,實(shí)際波形軌跡仍要按照A波形。
交流發(fā)電機限幅是測量輸出端的電壓值,當電壓過(guò)高,則切斷勵磁電路。
如果輸出端帶了TVS管作為負載,且TVS管的限幅值低于發(fā)電機限幅值,則發(fā)電機不會(huì )啟動(dòng)限幅功能。
測試結果分析:
真實(shí)的P5B應該如圖所示,在內阻Ri前端輸出脈沖A,內阻后端有限幅模塊。
如果負載是TVS,則限幅模塊不起作用。
回到剛才的測試:實(shí)際電流=(Ua-Ul)/Ri;而不是實(shí)際電流=(Ub-Ul)/Ri。這個(gè)現象明顯是在Ua處發(fā)的脈沖B而不是脈沖A。
? 總結 / Summary
由于拋負載脈沖能量太大,不同的標準參數要求也各不相同,導致脈沖寬度跨度較大,內阻也很多,所以現在拋負載發(fā)生器基本都是用功放實(shí)現。由于對發(fā)生器機理和真實(shí)波形模擬的理解和認知不同,會(huì )導致不同廠(chǎng)家的拋負載發(fā)生器在測試時(shí),測試效果相差很大。
存在最大的問(wèn)題有3個(gè):
1、虛擬內阻:非真實(shí)的內阻在計量校準設備沒(méi)有問(wèn)題,測試含有TVS之類(lèi)的器件/模塊則會(huì )導致不能限流,瞬間電流很大從而導致器件損壞。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)在輸出端測試電流很容易判斷出來(lái);
2、脈沖B理解錯誤:錯誤的認為脈沖B的電壓比較低,所以測試嚴酷度也低。發(fā)生器發(fā)出的電壓波也直接是脈沖B。這種測試效果會(huì )差很多,這個(gè)問(wèn)題也可以通過(guò)在輸出端測試電流,很容易判斷出來(lái);
3、波形動(dòng)態(tài)模擬不真實(shí):可能是由于算法的問(wèn)題,不同的發(fā)生器帶相同的負載后幅度相差不大,但寬度差別很大。這個(gè)問(wèn)題比較難排查,只能通過(guò)仿真計算。但有一點(diǎn):必須保證波形合格,且符合常識。
還有一些其他因素可能會(huì )導致測試結果有差異:
1、由于試驗效果與試驗環(huán)境溫度、特別是試品自身溫度有著(zhù)密切的關(guān)系。為保證試驗效果的可比性,試驗室環(huán)境溫度為20~25℃,試驗開(kāi)始前必須保證試品溫度與室溫一致。
2、由于7637、16750對拋負載波形電壓的要求誤差為±10%,極端情況下不同儀器設備之間可能產(chǎn)生20%的差異,從試驗結果可知:當輸出電流差異超過(guò)10%時(shí)可能導致試驗結果的截然不同。
3、7637、16750對拋負載波形電壓寬度的要求誤差為±20%,在以次數為嚴酷度考核依據時(shí),對于以處于臨界狀態(tài)的DUT來(lái)說(shuō),設備間的差異(滿(mǎn)足標準誤差范圍)可造成試驗結果的截然不同。
服務(wù)熱線(xiàn)(免長(cháng)話(huà)費)
工作日:9:00-18:00