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(duì)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(píng)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(píng)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(píng)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(jí)市場開發(fā)經(jīng)理Bob Green說：“未來發(fā)展趨勢(shì)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?！?/p>

　　Green稱：“不能再簡單地選擇方便的臺(tái)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?！?/p>

　　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)?！?/p>

　　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(duì)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(huì)因?yàn)殡姵貎?nèi)阻的IR值下降而略微降低，但是傳統(tǒng)的臺(tái)式電源可能導(dǎo)致內(nèi)部電壓下降幅度更大，有時(shí)會(huì)超過1 V。

　　對(duì)于為了應(yīng)對(duì)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(huì)降低DUT的性能。

　　Green表示：“許多臺(tái)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?！?/p>

　　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(chǔ)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(chǔ)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(tái)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(duì)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(hào)，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(tái)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(duì)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(duì)于更高功率級(jí)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(duì)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(duì)于生產(chǎn)線測試，XDL電源可在非易失性存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)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(duì)測試強(qiáng)電流時(shí)很有用。

　　Xantrex產(chǎn)品營銷總監(jiān)Jason Lee說，對(duì)于1.2 kW～3 kW的功率級(jí)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(hào)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。