信号发生器的电子负载通过动态调节电阻、电流或功率吸收特性，模拟实际电路中负载的复杂行为（如非线性、动态变化、能量回馈等），从而为电源、放大器等被测设备（DUT）提供接近真实场景的测试条件。以下是其模拟实际负载的核心方法、技术实现及典型应用：

一、电子负载模拟实际负载的核心方法

1. 恒定电阻模式（CC/CV/CR/CP）

• 原理：通过控制内部功率器件（如MOSFET）的导通程度，等效为可变电阻，吸收固定功率。
• 模拟场景：
  • 纯电阻负载：如加热器、灯泡（恒定功率消耗）。
  • 电池充电：恒流（CC）模式模拟充电过程，恒压（CV）模式模拟充电截止。
• 关键参数：
  • 电阻范围：从毫欧级（如0.1mΩ）到兆欧级（如1MΩ），覆盖低阻抗电源到高阻抗传感器。
  • 分辨率：高精度电子负载可达0.1mΩ，适合精密测试。

2. 动态负载模式（瞬态响应测试）

• 原理：按预设时间序列切换负载电流或电压，模拟负载的突变（如电机启动、数字电路开关）。
• 模拟场景：
  • 电源瞬态响应：测试开关电源在负载阶跃（如0A→10A）时的过冲/下冲电压。
  • 电池脉冲放电：模拟手机摄像头闪光灯的瞬时大电流需求。
• 关键参数：
  • 切换速度：从微秒级（μs）到毫秒级（ms），高端型号可达10μs以内。
  • 上升/下降时间：控制负载变化的斜率，模拟真实负载的软启动/软停止。

3. 非线性负载模式（模拟二极管/晶体管特性）

• 原理：通过编程控制负载电流与电压的关系（I-V曲线），模拟非线性元件（如二极管、LED、MOSFET）。
• 模拟场景：
  • LED驱动测试：模拟LED的伏安特性（I=I_s(e^(V/V_T)-1)），测试驱动电路的恒流精度。
  • 太阳能电池MPPT测试：模拟光伏板的I-V曲线，验证最大功率点跟踪（MPPT）算法。
• 实现方式：
  • 表格模式：用户输入I-V曲线数据点，电子负载按表格插值模拟。
  • 函数模式：内置二极管、指数等数学模型，直接调用参数。

4. 能量回馈模式（高效测试）

• 原理：将负载吸收的电能通过DC-AC逆变器回馈至电网或本地储能系统，减少能量浪费。
• 模拟场景：
  • 大功率电源测试：如服务器电源（1kW以上）的长时间老化测试，回馈效率可达95%以上。
  • 电动汽车充电桩测试：模拟电池充电/放电循环，回馈电能至实验室电网。
• 优势：
  • 节能：相比传统电阻负载，能耗降低80%以上。
  • 散热简化：减少散热风扇噪音和体积，适合实验室环境。

二、电子负载的技术实现

1. 拓扑结构

• 线性电子负载：
  • 原理：通过运算放大器控制功率晶体管（如达林顿管）的导通，实现高精度负载模拟。
  • 特点：带宽高（可达MHz级）、噪声低，但效率低（<50%），适合小功率（<100W）精密测试。
• 开关电子负载：
  • 原理：采用Buck/Boost电路，通过PWM调制功率器件（如IGBT）的占空比，实现高效能量转换。
  • 特点：效率高（>90%）、功率大（可达MW级），但带宽较低（通常<100kHz），适合大功率测试。

2. 控制算法

• PID控制：
  • 应用：恒流/恒压模式中，通过比例-积分-微分调节快速稳定输出。
  • 优势：动态响应快（<100μs），超调量小（<5%）。
• 模型预测控制（MPC）：
  • 应用：非线性负载模式中，预测负载变化趋势并提前调整功率器件状态。
  • 优势：适合复杂I-V曲线模拟，如太阳能电池的动态阴影测试。

3. 保护功能

• 过流保护（OCP）：限制负载电流防止DUT损坏（如短路保护）。
• 过压保护（OVP）：防止DUT输出电压超过安全阈值（如电池过充保护）。
• 反接保护：避免DUT输出极性接反导致电子负载损坏。
• 过热保护：监测功率器件温度，自动降额或关机防止烧毁。

三、典型应用场景

1. 电源测试

• 开关电源老化测试：
  • 方法：电子负载设置为恒流模式，模拟电源满载/半载/空载循环，测试电源效率、温升及可靠性。
  • 案例：测试48V/100A通信电源，电子负载吸收4.8kW功率，回馈模式节省电费。
• 线性电源纹波测试：
  • 方法：电子负载设置为动态模式，模拟电源负载阶跃（如10A→50A→10A），用示波器测量输出纹波。

2. 电池测试

• 电池充放电循环测试：
  • 方法：电子负载先设置为恒流模式模拟充电，再切换为恒功率模式模拟放电，记录电池容量衰减曲线。
  • 案例：测试锂电池组（48V/100Ah）的循环寿命，电子负载回馈电能至储能系统。
• 电池保护板测试：
  • 方法：电子负载模拟过充/过放/短路条件，验证保护板是否触发切断电路。

3. 太阳能逆变器测试

• 最大功率点跟踪（MPPT）测试：
  • 方法：电子负载模拟太阳能电池的I-V曲线，通过改变电压点测试逆变器MPPT算法效率。
  • 案例：测试10kW光伏逆变器，电子负载动态调整I-V曲线，验证MPPT效率>99%。
• 孤岛保护测试：
  • 方法：电子负载突然断开（模拟电网故障），测试逆变器是否能在规定时间内（如2s）停止输出。

四、电子负载与信号发生器的协同测试

1. 动态信号叠加测试

• 场景：测试电源对复合信号的响应（如直流+交流纹波+瞬态脉冲）。
• 方法：
  1. 信号发生器输出直流电压（如48V）叠加低频正弦波（如100Hz/1Vpp）模拟纹波。
  2. 电子负载设置为动态模式，在直流分量上叠加高频脉冲（如1MHz/10A）模拟开关噪声。
  3. 用示波器测量电源输出端的复合噪声抑制能力。

2. 故障注入测试

• 场景：验证电源在负载异常时的保护功能（如过流、短路、开路）。
• 方法：
  1. 信号发生器输出控制信号（如PWM），驱动电子负载模拟故障（如突然增加电流至200%）。
  2. 监测电源是否触发过流保护，并记录保护延迟时间（如<10μs）。

五、选型建议