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▌拋負(fù)載脈沖的形成 //

拋負(fù)載是指在蓄電池充電時(shí)，斷開(kāi)發(fā)電機(jī)與蓄電池的連接而引起發(fā)電機(jī)輸出大電壓尖峰，從而使得其它連接到發(fā)電機(jī)電源的設(shè)備受到破壞的威脅。在交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部包含感性線(xiàn)圈和整流器，在對(duì)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(jī)輸出電壓急劇上升。

? 拋負(fù)載P5A參數(shù) / Throw load P5A parameter

存在問(wèn)題：標(biāo)準(zhǔn)需求按照2Ω內(nèi)阻+2Ω負(fù)載電阻校驗(yàn)波形，那么選擇其它內(nèi)阻時(shí)，脈寬該如何變化呢?



根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，波形為雙指數(shù)波。由于Tr << Td，脈沖形成回路簡(jiǎn)化為上圖。

空載時(shí)Td=400ms，當(dāng)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(dāng)Ri變化時(shí)，Cm和Rm要不要一起改變呢？

根據(jù)這些年測(cè)試結(jié)果看，大部分國(guó)內(nèi)外的拋負(fù)載發(fā)生器切換Ri時(shí)，Cm和Rm是固定的（根據(jù)脈寬而不是實(shí)際的Cm和Rm），但也有某些拋負(fù)載發(fā)生器，選擇不同的內(nèi)阻加匹配負(fù)載校準(zhǔn)，脈寬都是變?yōu)?0%。這兩種發(fā)生器（除了2Ω內(nèi)阻）測(cè)試結(jié)果可能會(huì)差別較大。

? 發(fā)生器的衍變 / Evolution of the generator

傳統(tǒng)的拋負(fù)載發(fā)生器是用模擬器件做的。隨著各種標(biāo)準(zhǔn)推出，各個(gè)車(chē)廠對(duì)波形脈沖寬度要求也越來(lái)越多，靠切換器件實(shí)現(xiàn)各種需求變得不現(xiàn)實(shí)了。目前主流的是用功放模擬拋負(fù)載的波形。



用功放實(shí)現(xiàn)拋負(fù)載的波形，僅僅從計(jì)量校準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)要求：校準(zhǔn)波形時(shí)供電電壓設(shè)置為0V。實(shí)際情況是在系統(tǒng)供電后，帶載波形不盡相同。

■ 測(cè)試案例 1 ■ 

一個(gè)客戶(hù)反映使用LDS 200N30 在3.2.2下內(nèi)阻2.5ohm連續(xù)試驗(yàn)10次，試驗(yàn)間隔60s，器件（TVS）無(wú)損壞。而在使用某進(jìn)口設(shè)備在3.3.2下內(nèi)阻2.5ohm連續(xù)試驗(yàn)10次，試驗(yàn)間隔60s，器件（TVS）無(wú)法耐受。于是在同一環(huán)境下測(cè)試驗(yàn)證。

DUT電壓=28V；試驗(yàn)電壓=174V，td=350ms?？蛰d波形相差不大。

△ 3CTEST LDS 200N30 波形

△ 進(jìn)口設(shè)備波形

相同測(cè)試實(shí)驗(yàn)波形下抑制電壓差異不大，一般差異不大于1V。抑制寬度差異稍大，進(jìn)口設(shè)備帶負(fù)載后鉗位寬度為360ms，已超過(guò)試驗(yàn)要求的350ms，比空載的脈寬還要寬，應(yīng)該是內(nèi)部做了補(bǔ)償。







■ 測(cè)試案例 2 ■ 

某國(guó)內(nèi)品牌的拋負(fù)載發(fā)生器，測(cè)試一款14V的TVS管，嚴(yán)酷度比LDS 200N30高很多。用該發(fā)生器測(cè)試，參數(shù)設(shè)置：Tr：10ms；Td：40ms；Up：30v，Ri：2Ω。帶14V的TVS管測(cè)試，理論峰值電流8A左右，實(shí)測(cè)峰值電流63A，設(shè)置更大的內(nèi)阻，輸出波形無(wú)任何變化。






? TVS測(cè)試 / TVS TEST
TVS類(lèi)的拋負(fù)載試驗(yàn)，對(duì)于器件的嚴(yán)酷度主要體現(xiàn)在產(chǎn)生抑制或鉗位時(shí)的吸收能量及能量的耗散，即P=∫vidt。嚴(yán)酷度主要取決于鉗位時(shí)的峰值電流。鉗位峰值電流越大，鉗位電壓也會(huì)越高。當(dāng)TVS穩(wěn)壓幅度一定的情況下，其吸收的能量主要取決于電流，而此種情況電流取決于內(nèi)阻。

電流Ir=(Up-UL)/Ri。測(cè)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(cè)峰值電流63A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論值。


▎虛擬內(nèi)阻 ■ ■

之所以出現(xiàn)實(shí)際電流遠(yuǎn)大于理論值的情況，是因?yàn)榘l(fā)生器的內(nèi)阻不是真實(shí)的阻抗，而是所謂的虛擬阻抗。設(shè)備測(cè)量負(fù)載的靜態(tài)阻抗，然后通過(guò)計(jì)算，改變輸出脈沖的幅度和脈寬。如果是純阻性負(fù)載，測(cè)試結(jié)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(yīng)調(diào)整，則會(huì)出現(xiàn)這類(lèi)測(cè)試結(jié)果不符合理論值的現(xiàn)象。

虛擬內(nèi)阻可以做到很大的設(shè)置范圍。但理論上虛擬內(nèi)阻不適合這個(gè)使用場(chǎng)景：因?yàn)橹挥邢瘸霈F(xiàn)電流才能判斷負(fù)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(cè)試結(jié)果表明：某些拋負(fù)載發(fā)生器使用虛擬內(nèi)阻，甚至都沒(méi)有動(dòng)態(tài)調(diào)整波形。

如果出現(xiàn)測(cè)試結(jié)果和預(yù)估值差異太大的情況，可以同時(shí)測(cè)量試品處的電壓、電流波形，根據(jù)數(shù)據(jù)判斷發(fā)生器是否有問(wèn)題。

■  測(cè)試案例3  ■

兩家拋負(fù)載設(shè)備，同等條件下測(cè)試相同產(chǎn)品，結(jié)果差異大。

設(shè)定參數(shù)：UA: 28 V；US: 151 V；US*:58V；Ri：1 Ω；td：100 ms。

拋負(fù)載模擬器LDS 200N30 電壓讀值：42.6V，電流讀值：93A；

另一臺(tái)發(fā)生器電壓讀值：38V；電流讀值：4.8A。

? P5B測(cè)試可比性 / TVS TEST

LDS 200N30 測(cè)試數(shù)據(jù)：電壓讀值：42.6V，電流讀值：93A。

電壓相差不大，電流一個(gè)93A，一個(gè)4.8A，相差近20倍，到底哪個(gè)是正確的呢?

如果按照P5A的主回路模型計(jì)算，電流Ir=(Up-UL)/Ri=(58-38)/2=10A，和LDS 200N30測(cè)試數(shù)據(jù)相差很大，和另一臺(tái)設(shè)備的測(cè)試數(shù)據(jù)相對(duì)接近。



實(shí)際是這樣嗎？需要從標(biāo)準(zhǔn)中P5B模擬的波形機(jī)理去尋找答案。

標(biāo)準(zhǔn)表明波形B模擬交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部含有對(duì)拋負(fù)載波形的抑制功能。



需要注意的是，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的拋負(fù)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(jī)限幅是測(cè)量輸出端的電壓值，當(dāng)電壓過(guò)高，則切斷勵(lì)磁電路。
如果輸出端帶了TVS管作為負(fù)載，且TVS管的限幅值低于發(fā)電機(jī)限幅值，則發(fā)電機(jī)不會(huì)啟動(dòng)限幅功能。

測(cè)試結(jié)果分析：

真實(shí)的P5B應(yīng)該如圖所示，在內(nèi)阻Ri前端輸出脈沖A，內(nèi)阻后端有限幅模塊。
如果負(fù)載是TVS，則限幅模塊不起作用。
回到剛才的測(cè)試：實(shí)際電流=(Ua-Ul)/Ri；而不是實(shí)際電流=(Ub-Ul)/Ri。這個(gè)現(xiàn)象明顯是在Ua處發(fā)的脈沖B而不是脈沖A。

? 總結(jié) / Summary
由于拋負(fù)載脈沖能量太大，不同的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)要求也各不相同，導(dǎo)致脈沖寬度跨度較大，內(nèi)阻也很多，所以現(xiàn)在拋負(fù)載發(fā)生器基本都是用功放實(shí)現(xiàn)。由于對(duì)發(fā)生器機(jī)理和真實(shí)波形模擬的理解和認(rèn)知不同，會(huì)導(dǎo)致不同廠家的拋負(fù)載發(fā)生器在測(cè)試時(shí)，測(cè)試效果相差很大。

存在最大的問(wèn)題有3個(gè)：
1、虛擬內(nèi)阻：非真實(shí)的內(nèi)阻在計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)備沒(méi)有問(wèn)題，測(cè)試含有TVS之類(lèi)的器件/模塊則會(huì)導(dǎo)致不能限流，瞬間電流很大從而導(dǎo)致器件損壞。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)在輸出端測(cè)試電流很容易判斷出來(lái)；

2、脈沖B理解錯(cuò)誤：錯(cuò)誤的認(rèn)為脈沖B的電壓比較低，所以測(cè)試嚴(yán)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(cè)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(cè)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(fù)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(jì)算。但有一點(diǎn)：必須保證波形合格，且符合常識(shí)。

還有一些其他因素可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果有差異：

1、由于試驗(yàn)效果與試驗(yàn)環(huán)境溫度、特別是試品自身溫度有著密切的關(guān)系。為保證試驗(yàn)效果的可比性，試驗(yàn)室環(huán)境溫度為20~25℃，試驗(yàn)開(kāi)始前必須保證試品溫度與室溫一致。

2、由于7637、16750對(duì)拋負(fù)載波形電壓的要求誤差為±10%，極端情況下不同儀器設(shè)備之間可能產(chǎn)生20%的差異，從試驗(yàn)結(jié)果可知：當(dāng)輸出電流差異超過(guò)10%時(shí)可能導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果的截然不同。

3、7637、16750對(duì)拋負(fù)載波形電壓寬度的要求誤差為±20%，在以次數(shù)為嚴(yán)酷度考核依據(jù)時(shí)，對(duì)于以處于臨界狀態(tài)的DUT來(lái)說(shuō)，設(shè)備間的差異（滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)誤差范圍）可造成試驗(yàn)結(jié)果的截然不同。