電子負荷の基本

電子負荷の主な構成は、トランジスタやFETなどの電子機器です。
電気回路の負荷といえば、抵抗負荷やLC負荷といった交流負荷などを思い浮かべる方も多いかと思いますが、電子負荷は同じ負荷としての動作を電子回路で代替する形で実現します。
トランジスタやFETによる負荷となりますので、高速でオンオフを行ったり、抵抗値をリニアに断続的に変更したりといった通常の抵抗負荷やLC負荷では行えないような動作を装置のディスプレイ上の設定で実現することが可能となります。

電力消費型と電力回生型

電子負荷には試験で消費した電力の扱いの違いで二種類に分類されます。
一つ目は通常の負荷と同様に、電子回路に入った電力が熱として放熱される電力消費型です。エネルギーの動きとしては電子制御されているという違いがあるだけで、通常の負荷と同様です。電力は試験用に消費されてしまっているので環境面への負荷がかかります。
二つ目は電子負荷で試験を行った電力が、電子負荷装置内の回生回路を通じて電源側に返される電力回生型です。
電子負荷に電力が供給されて、電源側に戻って循環するため、エネルギー消費としては損失分が消費されるのみの形となります。

定電流（CC）モード

定電流モードは負荷の電流設定に対して、電子負荷の入力電圧が変わっていっても、設定された負荷電流を流し続けるモードです。
入力電圧が変われば、通常の負荷抵抗であれば電流も変動してしまいますが、電子負荷の定電流モードでは、内部の抵抗値を自動調整することで負荷電流が一定になるように制御されます。
最大電流を幅広い電圧範囲で流すことが求められる直流スイッチング電源装置の性能試験などに用いられます。

定電圧（CV）モード

定電圧モードは電子負荷の電圧設定に対して、電子負荷の入力電圧が設定電圧となるように電流を制御します。
電圧設定値に対して、入力電圧が大きい場合は電流を流すことで電圧を下げ、入力電圧が小さい場合は電流を減少させることで電圧を上げるよう制御します。
負荷電流が変われば、通常の抵抗負荷であれば電圧変動が起きてしまいますが、現在流れている負荷電流と入力電圧から、入力電圧が設定値になるように抵抗値が自動で調整されます。
これは､電子部品のチェナダイオードと同様の動作となりますが､電子負荷では数十ワットから数キロワットまでの電力を幅広く取り扱うことができます。
モータでは減速の際に入力よりも大きな電圧がモータ内部から発生することがあります。
入力を超える電圧は電子負荷で消費することにより、制御回路の破損を防ぐという目的で用いることができます。 また、負荷変動に対しても安定した出力電圧が求められるバッテリ充電器などの性能試験にも用いられます。

定電力（CP）モード

定電力モードでは、消費電力が一定になるように電子負荷の電流量を制御するモードです。
具体的には､電子負荷の入力電圧と入力電流の積を計算し、電力設定値と比較して大きい場合は電流を減らし、小さい場合は電流を増やすことで､一定の電力が消費されるように制御を行います。通常の抵抗だけではこのモードを実現するのは困難です。
CCモードやCVモードと比較すると複合的な制御となります。
電源装置や電池の発熱時の電力特性や電源装置の電力変換効率を試験によって測定するような場合に用いられるモードです。

定抵抗（CR）モード

定抵抗モードは、入力に対して一定の抵抗値を電子負荷で実現するモードです。
一見すると、通常の抵抗負荷と同様の動作を行っているモードですが、抵抗負荷は導体部分に電流が流れると、発熱などの温度変化などがあり、抵抗値が変わります。そうした抵抗値の変化は、性能試験時には誤差として影響を受けてしまいます。
電子負荷を用いることで理想的な純抵抗を接続した回路としてみることができます。

CC＋CVモード

定電圧設定と定電流設定を行い、テストを行うモードです。
定電流の設定値までは定電圧動作で動作し、電流が設定値となった場合、定電流モードに自動で移行するモードです。

CR＋CVモード

定抵抗設定と定電圧設定を行い、テストを行うモードです。
定電圧の設定を行い、設定電圧が電源電圧以下であれば、定電圧動作を行います。
電流値が一定以上となった場合、定抵抗動作に自動的に切り替わります。

CP＋CVモード

定電力設定と定電圧設定を行い、テストを行うモードです。
定電圧の設定と定電力の設定を行い、自動で切り替えを行い、任意の点で定電圧、定電力のモード切替を行い、複合的な操作を行うモードです。

マルチモード

マルチモード搭載電子負荷装置は、上記４モードを切り替えて様々な試験に対応することができる電子負荷装置のことをいいます。
マルチモード搭載型の電子負荷装置はマイコン搭載の高性能型で、４モードが必要なそれぞれの性能試験に対応が可能です。

VIモード

VIモードでは、入力電圧に対してどの程度の電流を流せるかを各電圧で任意に設定できます。
照明に用いられる発光ダイオードの様に入力電圧と電流が非線形な特性を持つ素子は、電子負荷のVIモードを用いることで模擬することができ、非線形な特性を持つ負荷を対象とした電源の性能試験の簡素化が可能です。

電源負荷変動試験

電源装置に接続される負荷が変動しても、電源電圧、電流の変動が一定の範囲以内という性能を確認するための試験として、電源負荷変動試験があります。
電源装置の安定的な出力がされていることを確認するために、製品仕様の範囲内の負荷を接続して使用通りの電源電圧、電流が出力されているのかを確認します。
車載用DCモータなど、急激な負荷変動に正確に対応ができるのかを模擬的に確認する評価試験などに用いられます。

二次電池の放電試験

二次電池の放電特性を試験するために、定電流モードで電子負荷装置に接続し、二次電池の出力電圧特性を調べる試験です。
通常の定電流モードの他、電子負荷装置のプログラム制御により、パルス電流負荷による放電試験も行うことがあります。

車載用ECUの模擬負荷

車載用ECUは、自動車の自動運転システムなどに用いられる自動車のCPUです。
ECUはプログラミングがされた後、性能試験を行うのですが、実際に自動車に搭載される前に、自動運転で行われる模擬的な状態をECUに接続される抵抗値の変化で検知を行う模擬試験を実施します。
その際に、誤差のない純抵抗として動作する定抵抗モードによる正確な性能確認が行われます。

電子負荷の基本的な設定方法

電子負荷装置の基本的な設定方法は以下の４点があります。