源測(cè)量單元支持電池測(cè)試

羅德與施瓦茨推出了R&S NGU系列源測(cè)量單元 (SMU)。羅德與施瓦茨推出兩款新型 SMU，R&S NGU201 和 R&S NGU401，通過提供能夠同時(shí)產(chǎn)生電流和電壓并進(jìn)行測(cè)量的產(chǎn)品，進(jìn)入了一個(gè)新市場(chǎng)。這是一類可以在良好控制的模式下同時(shí)提供電壓或電流并測(cè)量被測(cè)設(shè)備上電壓和電流值的對(duì)應(yīng)關(guān)系的儀器。二象限 R&S NGU201 的目標(biāo)是無線設(shè)備的電池測(cè)試，而四象限 R&S NGU401 可以切換到負(fù)電壓并支持更寬的電壓范圍。

在接受《電力電子新聞》采訪時(shí)，羅德與施瓦茨電源產(chǎn)品、儀表、信號(hào)源和音頻分析儀的產(chǎn)品管理和規(guī)劃總監(jiān) Philipp Weigell 重點(diǎn)介紹了新產(chǎn)品系列，以處理電池應(yīng)用中典型的可變負(fù)載條件。新的 R&S NGU 產(chǎn)品具有控制反饋，可提供小于 30 μs 的恢復(fù)時(shí)間和最小的過沖?！八晕覀儗⑦M(jìn)入源測(cè)量單位市場(chǎng)，我們估計(jì)這個(gè)市場(chǎng)大約有十億分之一，”魏格爾說。

源測(cè)量單位

SMU 是一種在同一引腳或連接器上結(jié)合信號(hào)生成功能和測(cè)量功能的儀器。它可以產(chǎn)生電壓或電流并同時(shí)測(cè)量它們，有效地包含電源或波形發(fā)生器、數(shù)字萬用表、電流源和電子負(fù)載的能力。

SMU 儀器在測(cè)試系統(tǒng)中用于測(cè)量電壓和電流。它們能夠快速測(cè)量作為可變電壓（或電流）函數(shù)的電流（或電壓），同時(shí)具有圖形界面和多種計(jì)算選項(xiàng)以及 GPIB、以太網(wǎng)和 USB 等系統(tǒng)總線。

圖 1：R&S NGU401 的接口（來源：羅德與施瓦茨）。R&S NGU201 具有一個(gè)額外的可選數(shù)字電壓表，而不是調(diào)制輸入。

SMU 能夠表征許多半導(dǎo)體，特別是準(zhǔn)確測(cè)量光伏電池或 LED 二極管的 IV 參數(shù)和特性，包括短路電流、開路電壓和最大功率點(diǎn)。半導(dǎo)體表征是需要納安或微安級(jí)電流靈敏度的應(yīng)用示例。此外，對(duì)更高精度、高速、遠(yuǎn)程電壓傳感和四象限測(cè)量的需求可能使傳統(tǒng)的可編程電源不足。

SMU 儀器是一種精密源元件，可提供小于 1 mV 的測(cè)量分辨率。它們?cè)?IV 平面上具有四象限輸出，這意味著它們可以提供正電壓和電流（象限 1）、負(fù)電壓和正電流（象限 2）、負(fù)電壓和負(fù)電流（象限 3）或正電壓和負(fù)電流（象限 4）。

新解決方案

現(xiàn)代電路在不同的操作狀態(tài)下需要不同級(jí)別的電壓和/或電流。例如，模擬嵌入式系統(tǒng)的啟動(dòng)順序需要特定的電壓和電流配置文件。輪廓分析對(duì)于優(yōu)化電流消耗至關(guān)重要。

R&S NGU SMU 包括六個(gè)電流范圍，從具有 100-pA 分辨率的 10 μA 到具有 10-μA 分辨率的 10 A。對(duì)于所有量程，均實(shí)現(xiàn)了低至 0.025% 的精度。電壓在 20V 范圍內(nèi)以 10 μV 的分辨率測(cè)量，在 6-V 范圍內(nèi)以 1 μV 的分辨率測(cè)量。R&S NGU 具有可變電容模式，可以在 1 μF 到 470 μF 的范圍內(nèi)逐步調(diào)整，補(bǔ)償電容，以便顯示電流，就像直接在被測(cè)設(shè)備上測(cè)量一樣。支持高達(dá) 20 V、8 A 和 60 W 的設(shè)備。

圖 2：R&S NGU401（來源：羅德與施瓦茨）

圖 3：帶電池的電池組示意圖示例（來源：羅德與施瓦茨）

四象限 R&S NGU401 適用于半導(dǎo)體測(cè)試。它提供 –20 V 至 20 V 范圍內(nèi)的測(cè)量。它包括快速電流調(diào)節(jié)模式，以避免損壞 LED 等敏感設(shè)備。專用輸出使儀器成為模擬毛刺的交流電源。

兩象限 R&S NGU201 針對(duì)一系列物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池性能分析進(jìn)行了優(yōu)化。設(shè)計(jì)人員可以使用它來模擬真實(shí)世界的電池特性。該儀器的最大電流為 8 A，還支持快速充電應(yīng)用。

魏格爾強(qiáng)調(diào)了模擬和測(cè)試可充電電池對(duì)于在便攜式設(shè)備中提供更好的性能至關(guān)重要。過度充電和劇烈放電會(huì)縮短電池壽命，并可能導(dǎo)致過熱等熱問題?！霸S多電池是通過將許多電池并聯(lián)而成的，”魏格爾說?！霸谶@些情況下，控制充電狀態(tài)至關(guān)重要；不同的值會(huì)限制電池的整體容量。因此，測(cè)試監(jiān)測(cè)和控制電池狀態(tài)的電池管理系統(tǒng)至關(guān)重要。測(cè)試必須模擬運(yùn)行期間可能發(fā)生的所有條件。要定義電池模型，可以在預(yù)定義表中輸入電池?cái)?shù)據(jù)。R&S NGU 電源模擬了電池的真實(shí)輸出性能?！?/p>

采集速率高達(dá)每秒 500 ksamples，每 2 μs 可獲得一次電壓和電流結(jié)果。R&S NGU 使用電流反饋放大器技術(shù)來提供高精度，如圖 4 所示。

圖 4：精度和動(dòng)態(tài)范圍（來源：羅德與施瓦茨）

電池壽命是一個(gè)制勝因素，可以為便攜式設(shè)備提供較長的使用壽命。高動(dòng)態(tài)范圍（nA 至 A）、時(shí)間分辨率（狀態(tài)切換）和模擬不同電池是典型儀器必須具備的主要特性。

“典型的電源會(huì)調(diào)節(jié)電壓，所以如果你調(diào)節(jié)電壓，電流會(huì)上升并可能損壞你的 LED，”Weigell 說。“所以本質(zhì)上，您需要的是在電流優(yōu)先模式下調(diào)節(jié)電流的電源。這也是您在 SMU 中也會(huì)發(fā)現(xiàn)的東西?！?/p>

近年來，對(duì)更節(jié)能、更環(huán)保的產(chǎn)品的需求不斷增長，有助于振興功率半導(dǎo)體行業(yè)。SMU 能夠?qū)υS多半導(dǎo)體進(jìn)行表征，并將在汽車和移動(dòng)市場(chǎng)中找到一席之地，用于電池的表征，這變得越來越重要。



審核編輯：劉清