使用精密測量電源進行內阻測試和電容量測試

　　背景介紹

　　精密測量電源在提供穩(wěn)定供電之余，還可以進行高精度的電壓電流測量，因此可以用于完成多種相關參數的測試。以吉時利PMS 2280S精密測量電源為例，它可以在供電過程中對電壓、電流數據進行高速連續(xù)采集，通過網絡接口進行連續(xù)的數據回傳。因此，使用者可以根據需要，對采集到的數據進行復雜處理，得到最終所需要的結果。這些處理可以包括乘、除運算得到功率或電阻信息，或者在時間軸進行積分，得到電量信息，甚至根據記錄下來的充放電斜率，計算超級電容的電容量。

　　使用2280S 測量產品功率或內阻

　　工作狀態(tài)下的產品內阻或直流功耗經常是客戶關心的一項指標，以LED客戶為例，其二極管導通、截至特性是衡量LED性能的重要指標。另外，LED的壽命和可靠性與LED的節(jié)點溫度有密切的關系，而節(jié)點由于封裝原因，其溫度很難通過直接測量的手段獲取。為表征LED的發(fā)熱性能，通常使用熱阻作為參數描述這一特性。而熱阻的計算公式，也與電壓，電流測量有直接的關系。

　　同樣，繼電器生產廠商也會測量繼電器在導通狀態(tài)下的內阻阻值，更小的內阻意味著更低的功率損耗和更長的工作壽命。在這些測試中，高精度的電壓電流測試，以及穩(wěn)定的直流供電都是工作條件下內阻測試的先決條件。

　　傳統(tǒng)LED客戶的內阻測試要求使用性能良好的電流源進行供電，并配合以高精度AD板卡或萬用表采集電壓。兩臺設備的連接相對復雜，總成本較高。PMS 2280S電源可以工作在恒流模式（CC mode），成為性能良好的電流源，同時，其內置6.5位數字萬用表，在電壓，電流測試時具備獨特的優(yōu)勢，其電流測量精度可以達到微安級，分辨率高達10納安，電壓測量精度為毫伏級，分辨率為0.1mV?；刈x電壓、電流讀數后，經過R = V/I的計算，就可以得到內阻數據。打開LXI網頁界面上的Data logging功能，還可以對電壓，電流數據進行長時間連續(xù)采集，有利于監(jiān)測工作條件下的內阻隨時間的變化。

　　另外一個在內阻測量時經常遇到的問題，是線電阻的影響。通常導通電阻阻值較小，使用V/I直接計算電阻時，電源的測量結果會把連接線上的線電阻計入在內，造成測量誤差。對PMS 2280S電源，我們在電源后面板提供了四線連接方式。通過四線連接的供電方式，可以把電源回讀的電壓和電流值定位在待測件的輸入端，而不是電源的輸出端，這樣可以完全消除線電阻的影響，測量到的內阻阻值更加精確，連接如下圖所示。

　　圖1 2280S 四線遠端連接

　　另外電源內置的Auto Zero（自歸零）功能可以在每次電壓或電流測量前，進行一次快速的自校準。測量由于內部熱偏置或者殘余電量累計造成的偏差，并在下一次測量中自動消除，進一步提高測量精度。

　　PMS2280S只能輸出正相電源，當測試中需要為待測件施加反向電壓時，我們可以使用外接的開關電路切換正負極實現反向電壓。PMS 2280S輸出正負端均與地隔離，因此正負極反向連接就可以實現輸出負電壓的功能。外界MOSFET或繼電器開關的通斷可以由PMS2280S后面板的數字IO接口控制，通過指令設置高低電平即可控制開關的通斷操作。開關的供電可由后面板的USB接口提供（如供電電流小于2mA，亦可使用數字IO口提供供電）。

　　使用2280S 測量鋰離子電池的電量

　　隨著電子產品功能的增強，電池容量也在不斷增加，如何能準確了解電池容量成為電池測試的一項重要任務。電池電量的描述通常使用安時或瓦特時作為單位，表示從電池放空到充滿的過程中進入電池的總電量。計算電池充電或放電電量，需要對電池的充放電電流或功率進行積分計算，其計算公式如下所示：

　　電池總容量 ，其中t為充電（放電）時間，I為充電（放電）電流

　　電池總容量 ，　其中I是采樣電流值， ?t是采樣間隔

　　當使用測試儀表進行電量測試時，由于電流的采樣點是離散的，我們將計算公式轉化為：

　　這里要求測量儀表能精確記錄充電或放電電流，并保證較高的連續(xù)采樣率，同時可以將整個充放電過程的全部數據完整記錄下來，才能確保計算結果足夠準確。

　　PMS 2280S的數據記錄功能可以提供最高3000次每秒的電壓或電流采樣率。并可以通過LAN接口將數據連續(xù)回傳到電腦端。用戶可以長時間對數據進行記錄，并將所有數據導出到Excel表格中進行后續(xù)分析。下圖是2280S為鋰離子電池充電的電壓電流曲線圖，電池電壓從11.8V充到12.6V，電流以2A開始充電，下降至20mA以下時充電結束。

　　圖2 2280S 電池充電曲線

　　當進行安時計算時，只需將電池與電源相連接，設置好充電的截至電壓（Vset），以及充電電流（Iset），此時電源將自動開始為電池充。初始階段采用恒流充電（CC 模式），當電壓上升到充電截至電壓時，將自動轉入恒壓充電（CV 模式），直到電流減小到接近0為止。

　　除了對電池進行充電測試外，PMS 2280S還可以為電池進行放電測試。放電時由于電壓電流均不可控，電源將以最大能力吸收電流（約為-450mA），并對放電過程中的電壓和電流值進行連續(xù)記錄。

　　充放電過程中的電壓電流數據都可以通過電腦端進行連續(xù)記錄，用戶不需要編寫任何軟件。在電腦端的網頁瀏覽器上輸出電源的IP地址，選擇屏幕左下角的Data logging功能后，使用儀表內置的網頁界面就可以完成全部數據的記錄。電池的充電或放電總量也會以毫安時的形式自動顯示出來，如下圖所示：

　　圖3 2280S data logging界面