一、制定背景
直流電子負(fù)載能模擬直流用電設(shè)備的不同用電狀態(tài)，用于測量各種直流電源性能。電子負(fù)載通過控制電子功率器件的功耗，吸收被測電源的電能起到負(fù)載的作用。電子負(fù)載通常應(yīng)用于以下測試場合:電源的負(fù)載調(diào)整率、電池放電時(shí)間及壽命、燃料電池、模擬雨刷帶載電流(恒定電流模式)；充電器、電源的電流限制、電流源(恒定電壓模式)；通信用電源的緩開機(jī)、發(fā)光二極管的恒流驅(qū)動(dòng)器、模擬汽車溫度控制器的帶載情況(恒定電阻模式)；恒功率電源、電池容量及電池壽命(恒定功率模式)。
《直流電子負(fù)載校準(zhǔn)規(guī)范》是首次制定的國家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)，在規(guī)范實(shí)施前，部分計(jì)量機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)電子負(fù)載時(shí)參考JJG598-1989《直流數(shù)字電流表試行檢定規(guī)程》和JJG315-1983《直流數(shù)字電壓表試行檢定規(guī)程》。但直流電子負(fù)載與這兩種儀器有很大差異，電子負(fù)載由兩個(gè)主要功能部件組成:直流數(shù)字電流表和直流數(shù)字電壓表組成的測量部分；吸收由另一器件或電力系統(tǒng)電能的負(fù)載部分。電子負(fù)載能模擬恒定電壓模式(CV)、恒定電流模式(CC)、恒定功率模式(CP)、恒定電阻模式(CR)，還可以模擬用電設(shè)備的非正常工作狀態(tài)，如瞬間短路、過流、大電流啟動(dòng)、故障出現(xiàn)時(shí)的大電流。該功能與直流數(shù)字電壓表和直流數(shù)字電流表完全不同?？紤]上述原因，為滿足計(jì)量溯源和市場需求，2014年4月21日國家質(zhì)檢總局批準(zhǔn)發(fā)布了JJF1462-2014《直流電子負(fù)載校準(zhǔn)規(guī)范》，該規(guī)范于2014年7月21日正式實(shí)施。
二、制定依據(jù)與適用范圍
JJF1462-2014依據(jù)國家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF1001-2011《通用計(jì)量術(shù)語及定義》、JJF1059.1-2012《測量不確定度評(píng)定與表示》、JJF1071-2010《國家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范編寫規(guī)則》編制，參考了JJG315-1983、JJG598-1989、GB/T13978-2008《數(shù)字多用表》、GB/T14714-2008《微小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)備用開關(guān)電源通用規(guī)范》、GB/T17478-2004《低壓直流電源設(shè)備的性能特性》等文件。實(shí)驗(yàn)中分別選取多個(gè)廠家型號(hào)的儀器，進(jìn)行計(jì)量性能實(shí)驗(yàn)，確定校準(zhǔn)項(xiàng)目及技術(shù)指標(biāo)。
本規(guī)范適用于直流電子負(fù)載校準(zhǔn)，具有直流電子負(fù)載功能的電源測試系統(tǒng)或電池測試系統(tǒng)相應(yīng)項(xiàng)目的校準(zhǔn)也可以參照本規(guī)范。例如，一些不同命名的電源測試系統(tǒng)、電池測試系統(tǒng)、蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)中集成了電子負(fù)載的功能，其內(nèi)部原理和直流電子負(fù)載相同的負(fù)載部分，可以參考本規(guī)范進(jìn)行校準(zhǔn)。本規(guī)范不適用于交流電子負(fù)載的校準(zhǔn)。
三、規(guī)范的主要內(nèi)容
JJF1462-2014規(guī)定了規(guī)范的適用范圍、引用文件、術(shù)語和計(jì)量單位、校準(zhǔn)方法及校準(zhǔn)所用的儀器設(shè)備的要求。其主要校準(zhǔn)項(xiàng)目為:(1)直流電壓；(2)恒定電壓；(3)直流電流；(4)恒定電流；(5)恒定電阻；(6)直流功率；(7)恒定功率；(8)動(dòng)態(tài)電流上升速率與下降速率；(9)動(dòng)態(tài)電流加載時(shí)間與卸載時(shí)間；(10)恒定電流模式的電流穩(wěn)定度；(11)恒定電流模式或恒定電壓模式負(fù)載調(diào)整率；(12)短路電阻；(13)輸入電阻；(14)最低工作電壓。[pagebreak]
這些校準(zhǔn)項(xiàng)目，已基本包含電子負(fù)載的主要技術(shù)指標(biāo)。通過測量電壓、電流和時(shí)間及其組合完成各項(xiàng)目校準(zhǔn)。數(shù)字多用表有很高的準(zhǔn)確度等級(jí)，使用也比較普遍，其直流電壓量程范圍基本覆蓋了電子負(fù)載的電壓量程，可基本滿足電壓項(xiàng)目校準(zhǔn)要求。測量電流有很多方法，可以使用直流數(shù)字電流表直接測量，也可以用直流分流器、直流電流電壓轉(zhuǎn)換器、標(biāo)準(zhǔn)電阻伏安法或多量程大電流表等方法進(jìn)行量程擴(kuò)展。直流分流器通常用于測量大電流，該方法和標(biāo)準(zhǔn)電阻器方法類似，規(guī)程中沒有單獨(dú)列出分流器法。通常，直流電子負(fù)載使用電流比較大，用直流分流器或標(biāo)準(zhǔn)電阻測量電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，壓降也較大。如使用零磁通測量原理的多量程電流表或直流電流電壓轉(zhuǎn)換器可以獲得較小的電壓降和功率消耗，減少對(duì)測量結(jié)果的影響。在校準(zhǔn)規(guī)范中編寫了直流電流電壓轉(zhuǎn)換器的校準(zhǔn)電流的方法。
四、規(guī)范執(zhí)行中應(yīng)注意的問題
電子負(fù)載工作時(shí)吸收電能，內(nèi)部積累大量熱量。電子負(fù)載的電流測量單元易受溫度的影響，準(zhǔn)確度較高的直流電子負(fù)載電流采樣單元設(shè)計(jì)有單獨(dú)通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)、通過內(nèi)部測量單元和功耗單元隔離、增加溫度補(bǔ)償?shù)却胧﹣慝@得較好的溫度系數(shù)。校準(zhǔn)時(shí)應(yīng)注意按說明書的要求保證散熱條件，滿足通風(fēng)口到障礙物的距離等要求。
開始加載時(shí)，電子負(fù)載測量電流的分流器升溫，分流器和環(huán)境溫差變大，熱傳遞加快，最終達(dá)到熱平衡，電子負(fù)載的電流測量和控制到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。電子負(fù)載穩(wěn)定電流的能力形成“時(shí)間——溫度”相關(guān)曲線。以某款電子負(fù)載的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)為例，加載后，每30s記錄一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，如圖1所示。從測量數(shù)據(jù)得出，電子負(fù)載恒定小電流能力優(yōu)于大電流，所以校準(zhǔn)恒定電流穩(wěn)定性應(yīng)選最大電流量程的90%點(diǎn)進(jìn)行，其結(jié)果有代表性。從圖1可看到，在恒流210s后進(jìn)入平衡狀態(tài)，為保證可靠，增加3個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(共300s)，即可以充分測量電子負(fù)載的恒定電流穩(wěn)定性。
動(dòng)態(tài)特性主要是通過兩個(gè)指標(biāo)來衡量。一是衡量電流的變化率，包含動(dòng)態(tài)電流的上升速率和下降速率。一是動(dòng)態(tài)電流變化時(shí)間，包含加載時(shí)間和卸載時(shí)間。由于歷史和電源行業(yè)習(xí)慣等原因，我國電子負(fù)載廠家使用的術(shù)語和臺(tái)灣地區(qū)同行類似。比如“定態(tài)恒流模式”、“吃載”、“電流回顯”，對(duì)應(yīng)我國的計(jì)量術(shù)語應(yīng)該為“恒定電流模式”、“加載”、“電流示值”。電子負(fù)載說明書一般以圖形標(biāo)注動(dòng)態(tài)電流各參數(shù)，比如“加載”過程標(biāo)注為Load 1，卸載過程標(biāo)注為Load 2，加載時(shí)間表示為T1，卸載時(shí)間表示為T2。規(guī)范中均以我國的計(jì)量術(shù)語來替代行業(yè)內(nèi)的習(xí)慣用語。
動(dòng)態(tài)(電流)模式的校準(zhǔn)選點(diǎn)需考慮電子負(fù)載工作原理，不能簡單地將卸載電流和加載電流設(shè)定為某一電流量程的10%和90%。被測電源經(jīng)常進(jìn)行空載——加載——卸載(或空載)測試。電子負(fù)載使用場效應(yīng)管消耗電能，場效應(yīng)管在空載——加載的過程需建立溝道，建立溝道的時(shí)間影響電子負(fù)載的開啟時(shí)間，限制了電子負(fù)載的動(dòng)態(tài)性能，是電流上升速率誤差的一個(gè)重要來源。校準(zhǔn)規(guī)范選擇校準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)考慮了開啟時(shí)間，將卸載電流設(shè)為0%，使加載周期包含開啟時(shí)間。電子負(fù)載經(jīng)常滿電流量程使用，加載電流達(dá)到電流量程的100%時(shí)，設(shè)計(jì)不合理的電子負(fù)載電流波形將產(chǎn)生過沖并伴隨震蕩。規(guī)范編制時(shí)將加載電流設(shè)定為電流量程的100%，考慮了最不利的因素。[pagebreak]
動(dòng)態(tài)電流加載時(shí)間T1與卸載時(shí)間T2選擇在最小量程的10%點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)。電子負(fù)載動(dòng)態(tài)時(shí)間使用單片機(jī)數(shù)字化控制，一般標(biāo)稱的最大允許誤差為(±0.01%+10μs)。時(shí)間越長，開啟時(shí)間對(duì)誤差的影響越小，單片機(jī)執(zhí)行指令帶來的時(shí)間誤差是固定的，除非客戶有要求，選擇動(dòng)態(tài)時(shí)間最小量程的10%點(diǎn)校準(zhǔn)即可。加載時(shí)間T1和卸載時(shí)間T2構(gòu)成一個(gè)動(dòng)態(tài)周期，其倒數(shù)等于頻率。所以，規(guī)范中不將頻率列為一個(gè)單獨(dú)參數(shù)。同理，占空比等于T1/(T1+T2)，占空比也不列入校準(zhǔn)項(xiàng)目，避免重復(fù)。
電子負(fù)載的恒定電壓功能、恒定電流功能、恒定電阻功能是一個(gè)吸收功率的過程，其設(shè)定值的最大允許誤差和示值的最大允許誤差不一樣。通常，設(shè)定值的允差大于示值允差2倍或以上。實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)定值通常用來預(yù)設(shè)測試條件，示值用來獲得產(chǎn)品測試數(shù)據(jù)。在滿足客戶要求情況下，校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)可使用標(biāo)準(zhǔn)電壓源和標(biāo)準(zhǔn)電流源進(jìn)行電壓示值和電流示值校準(zhǔn)，校準(zhǔn)將快捷經(jīng)濟(jì)。
電子負(fù)載產(chǎn)業(yè)界常有的說法:“開路不開路、短路不短路”，電子負(fù)載的輸入受功率器件I0的影響，其輸入電阻值和萬用表的高阻輸入不可比擬。電子負(fù)載開路輸入電阻典型值一般為100kΩ。該參數(shù)對(duì)電子負(fù)載的應(yīng)用有一定影響，開關(guān)電源測試待機(jī)功率時(shí)，電子負(fù)載過低的輸入電阻產(chǎn)生的電流導(dǎo)致開關(guān)電源從待機(jī)狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)。設(shè)計(jì)不良或維修后功率器件不配對(duì)的電子負(fù)載I0變大，反映在端口的輸入電阻變小。電子負(fù)載的短路功能并非真正的物理短接，其原理是通過功率器件的飽和導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)模擬短路功能，在輸入端口形成壓降，等效為一定阻值的短路電阻。該量值反映的是端口在模擬“短路”功能時(shí)的電壓/電流特性。該量值和輸入電流有關(guān)，廠家一般在說明書中給出典型電流值下的短路電阻。
恒定電阻模式的電阻值在說明書中以Ω為單位，有時(shí)使用電導(dǎo)S為單位。實(shí)際上，大多數(shù)電子負(fù)載通過調(diào)節(jié)電流實(shí)現(xiàn)恒定電阻功能，電阻可調(diào)節(jié)范圍依賴電流的可調(diào)節(jié)范圍。電子負(fù)載電阻量程可變換成以電導(dǎo)為單位的電導(dǎo)量程以避免對(duì)滿量程的誤解。比如，某電子負(fù)載說明書的恒定電阻量程標(biāo)稱為(0.1067～2)Ω；該恒定電阻的滿量程是0.1067Ω，而不是2Ω?？蓪⑵浔硎緸殡妼?dǎo)量程(0.5S～9.372S)，滿量程為9.372S。在校準(zhǔn)時(shí)應(yīng)注意滿量程的意義。電子負(fù)載消耗功率的器件為MOSFET，源極和漏極需一定的壓降才能導(dǎo)通，并按設(shè)定值進(jìn)入正常工作狀態(tài)。該量值稱為最低工作電壓，反映的是電子負(fù)載的低電壓操作特性。
由于電子負(fù)載功能較多，其預(yù)期用途各不一樣，校準(zhǔn)時(shí)應(yīng)根據(jù)客戶預(yù)期用途和需要進(jìn)行項(xiàng)目組合。規(guī)范中只給出校準(zhǔn)方法，不作合格判斷，解決量值溯源的途徑?？蛻舾鶕?jù)自身的使用要求對(duì)校準(zhǔn)證書數(shù)據(jù)和不確定度進(jìn)行確認(rèn)。
