移動(dòng)設(shè)備電源測試

手機(jī)和其他無線通信設(shè)備因其對電池的動(dòng)態(tài)要求而難以測試。為了節(jié)省電力，這些設(shè)備需要迅速切換到高功耗運(yùn)行模式，然后返回較低功耗的待機(jī)、關(guān)機(jī)或休眠模式。因此，在測試和評估期間代替電池的電源需要具有通用電源通常不具備的功能。

實(shí)驗(yàn)室電源可代替測試期間使用的電化學(xué)電源，由于電池充電器電路也需要進(jìn)行評估，所以必須使用可編程電源。此外，專用電源還需具備智能控制輸出電壓的升壓和降壓、數(shù)據(jù)日志記錄和波形產(chǎn)生等功能，以及諸如精密電流表和電壓表等儀表功能。此外，可能還需要可編程電子負(fù)載，以評估電池的放電特性。

電路響應(yīng)完全充電電池的方式不同于響應(yīng)充電不足或完全放電電池的方式。Keithley Instruments高級市場開發(fā)經(jīng)理Bob Green說：“未來發(fā)展趨勢是電路電壓越來越低，充電間隔越來越長。這將促使設(shè)計(jì)者降低設(shè)備為避免損壞而自動(dòng)關(guān)閉之前的最小運(yùn)行電壓。”

Green稱：“不能再簡單地選擇方便的臺式電源來提供適當(dāng)?shù)碾妷弘娏鹘M合。工程師需要優(yōu)化電源，以便能夠帶有電阻負(fù)載運(yùn)行。通用電源即使適用于多種負(fù)載，但在這里不適用。”

動(dòng)態(tài)負(fù)載

捕獲波形還需要儀器能夠記錄并顯示快速變化的電壓、電流及瞬變，例如，手機(jī)啟動(dòng)序列期間的電平。確定電池供電的被測設(shè)備（DUT）消耗的電流脈沖類型是至關(guān)重要的。在大多數(shù)情況下，需要測量脈沖幅度、上升時(shí)間、下降時(shí)間和頻率。Green指出：“必須根據(jù)導(dǎo)致DUT測試失敗或關(guān)斷的數(shù)值確定電源電壓的下降和恢復(fù)。”

手機(jī)尤其使電源動(dòng)態(tài)響應(yīng)承受巨大負(fù)擔(dān)。北美的IS-54蜂窩系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)采用頻分多址（FDMA）和時(shí)分多址（TDMA）技術(shù)，射頻傳輸分布在時(shí)長為6.67 ms的時(shí)隙中。歐洲的GSM FDMA/TDMA手機(jī)的傳輸時(shí)隙非常短，僅為576 ?s。

對于這兩種標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)手機(jī)從待機(jī)狀態(tài)切換到全功率狀態(tài)時(shí)，電流消耗可能增加1000%。遺憾的是，傳統(tǒng)電源通常規(guī)定電流變化范圍為50%左右。另外，盡管電池電壓會因?yàn)殡姵貎?nèi)阻的IR值下降而略微降低，但是傳統(tǒng)的臺式電源可能導(dǎo)致內(nèi)部電壓下降幅度更大，有時(shí)會超過1 V。

對于為了應(yīng)對短時(shí)間的間隔而以全功率運(yùn)行的電路，例如手機(jī)的功率放大器階段，在通用電源恢復(fù)之前可結(jié)束全功率事件。如果電源不能快速恢復(fù)，可能會降低DUT的性能。

Green表示：“許多臺式電源恢復(fù)到最初的電平可能需要幾毫秒的時(shí)間。例如，如果電源電壓低于手機(jī)的低電量檢測電路為確保足夠時(shí)間而設(shè)定的閾值，那么手機(jī)可能在測試期間關(guān)斷。這將給出設(shè)備測試失敗的錯(cuò)誤指示。”

控制和電源監(jiān)控

為了解決這些問題，儀器公司提供了專用電源，Keithley就是其中之一。該公司擁有多種配備GPIB的電源產(chǎn)品，既可提供電壓控制也可提供電源監(jiān)控。例如，Keithley的 2306-VS型雙通道電池/充電器仿真器simulator具有外部觸發(fā)功能，可用于直流電池供電產(chǎn)品的開發(fā)和高速生產(chǎn)測試，例如手機(jī)、RFIC功率放大器及其他需要直流電壓電源的精密元件。2306-VS 的定價(jià)約為3500美元。

同樣，該公司的多通道Series 2600 System SourceMeter儀器是可擴(kuò)展的高吞吐量電源，可提供精密直流、脈沖和低頻交流電源。Keithley稱，其Series 2600儀器的價(jià)格約為每通道4000至5000美元，運(yùn)行速度是I-V功能測試應(yīng)用中典型電源測試速度的兩到四倍。

這些自動(dòng)化電源可用來測試在短時(shí)間間隔內(nèi)經(jīng)受巨大負(fù)載變化的設(shè)備。通過最大限度減小壓降幅度，然后在40 ?s或更短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到最初電壓的100 mV內(nèi)，它們可以仿真電池在發(fā)生大量負(fù)載變化期間的反應(yīng)。這些電源還可同時(shí)測量短脈沖負(fù)載電流。

Keithley的一些可編程直流電源能夠?qū)?nèi)電阻值設(shè)置為從完全短路到1 Ω，還可仿真電池的內(nèi)阻。板載模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于測量精密內(nèi)部支路的電壓，也可作為外置數(shù)字萬用表（DMM）而發(fā)揮雙重作用。Keithley的多象限儀器能夠同時(shí)提供正負(fù)電壓和電流，還可吸入電流，具有放電狀態(tài)下可再充電電池的特性，以支持電池充電器的電路測試。

Keithley的系統(tǒng)運(yùn)行嵌入式測試腳本處理器（TSP），目的是減少GPIB流量。測試腳本可用于波形的清除、脈沖調(diào)制和生成，還可用于執(zhí)行常見的元件測試。盡管用戶可以使用PC控制的Keithley工具（稱為Test Script Builder）定制固定例行程序，但是這些類似Basic的序列是在儀器內(nèi)的微處理器上實(shí)時(shí)運(yùn)行，而非在主機(jī)上運(yùn)行。

Keithley的儀器采用非易失性存儲器，可保存多達(dá)5萬行 TSP 代碼和10萬多行讀數(shù)。單一TSP在主設(shè)備上運(yùn)行，也可在更大的測試套件中控制并采集多達(dá)32個(gè)通道上的數(shù)據(jù)。

不需要用戶編程

一些廠商習(xí)慣完全避開用戶編程或人工設(shè)置。例如，Agilent Technologies提供的可擴(kuò)展的直流電源分析儀，該產(chǎn)品可執(zhí)行直流電源供電和測量，而不需要進(jìn)行任何編碼。N6705A分析儀的價(jià)格為6500美元，用于優(yōu)化設(shè)置，縮短查看重要序列的時(shí)間，例如計(jì)時(shí)的開啟和關(guān)閉，以及啟動(dòng)或浪涌電流。

N6705A可測量施加的直流電壓和 DUT 的電流消耗，最多可包含四個(gè)直流電源模塊、一個(gè)DMM、一個(gè)記錄示波器、一個(gè)任意波形發(fā)生器和一個(gè)數(shù)據(jù)記錄儀。N6705A可顯示隨著時(shí)間的推移而變化的電壓或電流，用戶可通過前面板操作電源和測量功能。輸出是通過彩色編碼按鈕選擇，輸出端采用彩色編碼，如同顯示器一樣。

內(nèi)置日志功能可存儲幾秒到幾天甚至幾周的數(shù)據(jù)。例如，該分析儀可將速率調(diào)高或調(diào)低，或者生成瞬態(tài)和擾亂狀態(tài)，以查看一臺設(shè)備在加壓或最壞情況下可能做出的響應(yīng)。

Agilent基礎(chǔ)和系統(tǒng)技術(shù)部的電源產(chǎn)品經(jīng)理Bob Zollo解釋說，N6705A包括如此多的儀器功能，因此可簡化測試系統(tǒng)的設(shè)置。用戶不需要在數(shù)據(jù)記錄儀或DMM上拼湊測試系統(tǒng)，也不需要將分流器和傳感器集中到一起，為系統(tǒng)布線、與PC連接然后對系統(tǒng)編程。他說，如果用戶構(gòu)建自己的測試系統(tǒng)，則“用戶創(chuàng)建軟件和調(diào)試設(shè)備的時(shí)間可能比運(yùn)行測試花費(fèi)的時(shí)間還要多。”

Agilent的分析儀是基于 1U 尺寸的多輸出可編程開關(guān)模式電源。這些電源可在160 ?s內(nèi)改變電壓，提供直流電源時(shí)只有5 mVp-p的噪聲。N6705A 可接受1～4個(gè)電源模塊的供電（每個(gè)450美元～2250美元不等），總計(jì)可達(dá) 600 W。該自動(dòng)量程分析儀還包括用于測量的50 kHz 4000點(diǎn)數(shù)字轉(zhuǎn)換器。

Agilent的功率分析儀和電源還符合LXI Class C規(guī)范，并可通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器在任何10/100BaseT 以太局域網(wǎng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。Agilent的產(chǎn)品還可使用USB 2.0或GPIB直接與個(gè)人電腦連接。

內(nèi)置處理

一些廠商處理電池分析是依靠內(nèi)置處理能力，而非主機(jī)。例如，韓國Kepco的基于開關(guān)電源的BOP系列儀器是電壓和電流可編程的四象限電源。

BOP電源配備圖形LCD，可雙向處理1 kW直流功率。該系列包括6個(gè)型號，可支持±10 V至±100 V的電壓，并可用于測試更高功率的系統(tǒng)，如便攜式工具或汽車電氣系統(tǒng)。

BOP 架構(gòu)可同時(shí)記錄三個(gè)微處理器。一個(gè)專門用于儀器的用戶界面，另一個(gè)支持GPIB、RS-232/RS-485和多儀器IEEE 1118 總線處理，第三個(gè)監(jiān)管模擬功能。三個(gè)微處理器全部以內(nèi)部方式在56 kbps全雙工光學(xué)隔離串行總線上通信。

BOP電源價(jià)格大約為2100美元，配備320×240像素單色顯示器，可動(dòng)態(tài)顯示以模擬或數(shù)字方式表示的輸出電壓和電流。作為四象限電源，它可流出和吸入電流，因此適用于充當(dāng)電池及測試光電陣列等設(shè)備的特性。

另一家公司Azimuth Systems也提供測量功率的硬件和軟件，專門用于電池供電的WiFi設(shè)備。該公司的Azimuth Battery Life PeRFormance Test的價(jià)格約為6000美元，可與其W系列硬件平臺配套使用。

Azimuth的硬件和軟件可測試一個(gè)電池耗盡電量所用的時(shí)間。在實(shí)際場景測試期間，可將正在運(yùn)行的DUT放到不同的工作模式當(dāng)中。該軟件有助于確定手機(jī)等電池供電產(chǎn)品的實(shí)際使用情況，并提供顯示實(shí)際待機(jī)和通話時(shí)間的指標(biāo)。

電子負(fù)載

有時(shí)，可能不需要使用測試執(zhí)行程序和自動(dòng)測試系統(tǒng)。對于許多測試而言，確定電池適用性只需要測試可控制負(fù)載。生產(chǎn)電子負(fù)載的公司包括Xantrex Technology和B+K Precision。

B+K Precision的Model 8500直流負(fù)載售價(jià)約為1000美元，可通過RS-232或可選的USB接口進(jìn)行編程。Model 8500配備真空熒光顯示器，可在0至120 V之間隨意設(shè)置，并在300 W最大功率下吸入1 mA至30 A的電流。該儀器可防止過流、過壓、過功率和過熱。

對于更高功率級別，Xantrex提供了模塊化和機(jī)架式配置的SL Series Sorensen品牌負(fù)載，其功率可達(dá)1.8 kW。這些負(fù)載適用于電池和電池充電器測試，以及測試大功率燃料電池、反相器、AC-DC轉(zhuǎn)換器和DC-DC轉(zhuǎn)換器，以及穩(wěn)壓器電路的特性描述。

像Kepco的BOP電源一樣，SL Series負(fù)載也可通過GPIB或RS-232鏈接或在模擬控制模式下從前面板操作。機(jī)箱包含多個(gè)模塊，起始價(jià)不到5000美元。

對于需要低噪聲和可編程的應(yīng)用，Xantrex為其提供了XDL線性電源，其電壓噪聲通常低于0.35 mV RMS，電流噪聲低于0.2 mA RMS。對于生產(chǎn)線測試，XDL電源可在非易失性存儲器中存儲10種設(shè)置，包括預(yù)置過壓和過流切斷功能。XDL Series電源還具有遠(yuǎn)程檢測功能，該功能對測試強(qiáng)電流時(shí)很有用。

Xantrex產(chǎn)品營銷總監(jiān)Jason Lee說，對于1.2 kW～3 kW的功率級別，客戶通常選擇開關(guān)電源來代替更重大且成本更高的線性電源。一些Xantrex開關(guān)電源的價(jià)格不到1300美元。這些價(jià)格適中的電源采用所謂的零電壓開關(guān)（ZVS）技術(shù)，據(jù)稱具有可與線性電源相媲美的波紋和噪聲，并且能夠快速響應(yīng)瞬載。Xantrex還提供DLM系列，其中包括的600 W型號提供的輸出電壓可從0 VDC調(diào)整到300VDC，輸出電流可從0 A調(diào)整到75 A。

盡管有時(shí)普通的實(shí)驗(yàn)室電源也可代替電池，但是目前的可編程電源具有智能功能和內(nèi)置的儀器，能夠簡化和加快測試。要想準(zhǔn)確模擬一個(gè)電池的性能，需要電源的帶寬足以在大電流瞬變期間最大限度減少壓降，并且需要電路能夠模仿電池的阻抗。電壓和電流的穩(wěn)定性，包括避免振蕩、過沖和下沖特性，都是最新一代電源能夠提供的必不可少的性能。