测试电子负载用于无线充电系统的功能和精度

Posted 2021-05-19 卓晴

摘 要： 电子负载可以用于对设计的电路系统性能自动化测量，比如对于电源电路，测试它的输出功率，电压调整，响应速度等。相比于实际电子负载（比如电阻、电机、充电器等），电子复杂可以进行编程设置消耗的电压，电流。并处于恒流、恒压状态。用于测试中的 电子负载 的允许耗散的功率在其工作范围之内。

关键字： 电子负载，高频干扰，滤波

 

01 电子负载

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  电子负载可以用于对设计的电路系统性能自动化测量，比如对于电源电路，测试它的输出功率，电压调整，响应速度等。相比于实际电子负载（比如电阻、电机、充电器等），电子复杂可以进行编程设置消耗的电压，电流。并处于恒流、恒压状态。用于测试中的 电子负载 的允许耗散的功率在其工作范围之内。

1.电子负载动态特性

  除了前面的电阻负载的耗散功率指标能够满足测试对象的输出功率之外，还需要考虑到电子负载的动态特性。

  电子负载实际上是一个电子功率反馈系统，它们具有一定的动态响应特性，如果测试的电源的输出电压、电流有很大的波动，需要能够在电子负载所允许的范围之内。

  比如，有的电子负载，像 FZ35恒流电子负载 原来是设置用于电池的充放电，电池的电压变化比较缓慢。如果使用它应用到电压波动比较快，甚至具有很大的高频噪声的电源测试，则有可能会产生很大的误差。

  比如，在 有的人撑死，有的人饿死，有的人吓死 中显示了杭州电子科技大学测试他们的无线充电电源中使用FZ35作为负载，就测量到输出的功率远大于无线充电电源输出功率限制 。

^{▲ 两个电子负载显示接收到的电子功率}

  同样的情况也在博文 关于无线节能组无线电能输出功率测量 中有记载。

2.电子负载的恒流恒压特性

  电子负载的恒流，恒压的精度，也会影响测量电功率的准确度。比如在 带有ZigBee通讯接口的电子负载 中，设定同样的恒流，但随着电压的不同，电阻负载的电流会出现不同的波动。

  如果这种波动和测量对象的电压特性形成某种的共振，则会引起整个的测试结果发生很大的偏差。在之前使用过自制的电子负载对于无线充电系统的传递效率进行测试，居然出现了输出的能量大于系统的输入能量的情况。

3.测试FZ35电子负载

FZ35-05A 电子负载是一款小巧，价格便宜的电子负载。它可以 FZ35手动设置，或者通过串口设置 不同的恒流数值，可以完成对于检测对象的不同输出功率的测量。

^{▲ FZ35-05A电子负载}

  特别是，在 基于ESP8266-01s 增加对于FZ35恒流电子负载WiFi接口 ，可以使得电子负载的设置与PC之间隔离，便可以放置大功率待测系统对于PC机的通讯端口的干扰。

  下面对于FZ35的特性进行测试：

• FZ35的恒流特性；
• FZ35在无线充电系统，这样带有高频波动的电源中是否可以稳定的行程功率消耗。

 

02 FZ35特性测量

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1.测试FZ35的恒流特性

  设置FZ35工作在0.5A的负载电流下。利用 DH1766线性三路可编程直流电源 输出不同电压，然后读取DH1766输出电流。

  如下是绘制的对应测试数据。

^{▲ DH1766输出不同电压，读取的输出电流}

  在开始的一段时间FZ35 出现了低压保护，手动恢复之后便开始正常工作。

→ 测试结果

  可以看到FZ35作为衡量的特性在整个电压 4V～24V 消耗的电流基本呈现恒流状态。但是在15V的时候，出现了一点点的小小的波动调整。

2.测试FZ35作为无线接收电源负载

（1）测试方案

  使用接收线圈通过串联谐振电容接入10A肖特基整流全桥。输出脉冲电压通过电容滤波之后加入FZ32输入负载。

^{▲ 测量无线接受功率}

  通过WiFi设置电子不同的负载电流，测量对应的DH1766的+24V输出电流。

（2）测量结果

  针对不同全桥整流滤波电容测量对应的输出电流与设置电流之间的关系。

• 采用高频小电容；
• 采用1000uF/25V的电解电容；

【Ⅰ.采用高频小电容滤波】

^{▲ 设置电子负载电流与24V输出电流之间的关系}

【Ⅱ.采用1000uF电解电容滤波】

^{▲ 设置电子负载电流与24V输出电流}

→ 测试结论

  通过上面测量电流曲线可以看到，使用FZ35对于高频无线接收线圈的整流信号作为对应的负载表现正常。

^{▲ 电阻负载}

3.大电流测试

  设置FZ35的负载电流为2.5A，测试相应的无线传输效率：

测试结果：

接收电压（V）：9.48
负载电流（A）：2.5
工作电压（V）：24V
工作电源电流（A）：1.42

• 输出功率：$P=9.48\times 2.5=23.7W$
• 输入功率：$P_{IN}=24\times 1.42=34.08W$
• 功率传输效率：$\eta =\frac{P_{OUT}}{P_{IN}}=\frac{23.7}{34.05}=69.54\%$

 

※ 测试结果总结

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  通过实验测试，电子负载FZ35的的恒流特性以及作为高频无线传输整流信号的负载还是能够符合测试要求的。

1.补充测试

在2021-05-05进行了 测试3.3V稳压IC芯片 1117-3.3V测试 ，发现使用FZ35作为AMS1117-3.3V的电子负载，使得AMS1117输出出现了较大的波动。

^{▲ 使用FZ35作为AMS1117的负载，在输出250mA下输出电压出现波动}

 

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■ 相关文献链接:

• 电子负载
• FZ35恒流电子负载检测测试
• 有的人撑死，有的人饿死，有的人吓死
• 关于无线节能组无线电能输出功率测量
• 基于ZIGBEE通信的功率电子负载
• FZ25/FZ35 恒流电子负载
• [ 基于ESP8266-01s 增加对于FZ35恒流电子负载WiFi接口

 

§ 博文附件

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1.设置电子负载与24V电流输出

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST2.PY                     -- by Dr. ZhuoQing 2021-04-26
#
# Note:
#============================================================

from headm import *
import socket
import socket
import socket
from tsmodule.tsvisa        import *

#------------------------------------------------------------
UDP_HOST  = '192.168.0.125'
UDP_PORT  = 8003
UDP_BUFSIZE = 0x1000
uport = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
uport.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_SNDBUF, UDP_BUFSIZE)
uport.settimeout(0.2)

def uportsend(data):
    ADDR = (UDP_HOST, UDP_PORT)
    if type(data) != str:
        data = str(data)
    data = bytes(data, 'gbk')
    uport.sendto(data, ADDR)

def uportrecv():
    try:
        data, ADDR = uport.recvfrom(UDP_BUFSIZE)
    except socket.timeout:
        printf('Meter time out.')
        data = ''
    if len(data) > 0:
        return data.decode('utf-8')
    else: return ''

def uportval():
    uportsend('MEMOS')
    splitstr = uportrecv().split(' ')
    data = []
    for val in splitstr:
        if len(val) > 1:
            data.append(eval(val))
    return data

#------------------------------------------------------------
printf('\\a')

#------------------------------------------------------------

seti = linspace(0, 0.99, 100)
outi = []

uportsend('0.00A')
time.sleep(1)

for i in seti:
    uportsend('0.%02dA'%int(i*100))
    time.sleep(1)
    curr = dh1766curr()
    outi.append(curr)
    tspsave('meas1', seti=seti, outi=outi)
    printff(i, curr)

uportsend('0.00A')

plt.plot(seti, outi)
plt.xlabel("Set Current(A)")
plt.ylabel("Current(A)")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()
plt.show()

#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : TEST2.PY
#============================================================