移動(dòng)設備電源測試

手機和其他無(wú)線(xiàn)通信設備因其對電池的動(dòng)態(tài)要求而難以測試。為了節省電力，這些設備需要迅速切換到高功耗運行模式，然后返回較低功耗的待機、關(guān)機或休眠模式。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(zhuān)用電源還需具備智能控制輸出電壓的升壓和降壓、數據日志記錄和波形產(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載，以評估電池的放電特性。

電路響應完全充電電池的方式不同于響應充電不足或完全放電電池的方式。Keithley Instruments高級市場(chǎng)開(kāi)發(fā)經(jīng)理Bob Green說(shuō)：“未來(lái)發(fā)展趨勢是電路電壓越來(lái)越低，充電間隔越來(lái)越長(cháng)。這將促使設計者降低設備為避免損壞而自動(dòng)關(guān)閉之前的最小運行電壓。”

Green稱(chēng)：“不能再簡(jiǎn)單地選擇方便的臺式電源來(lái)提供適當的電壓電流組合。工程師需要優(yōu)化電源，以便能夠帶有電阻負載運行。通用電源即使適用于多種負載，但在這里不適用。”

動(dòng)態(tài)負載

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，手機啟動(dòng)序列期間的電平。確定電池供電的被測設備（DUT）消耗的電流脈沖類(lèi)型是至關(guān)重要的。在大多數情況下，需要測量脈沖幅度、上升時(shí)間、下降時(shí)間和頻率。Green指出：“必須根據導致DUT測試失敗或關(guān)斷的數值確定電源電壓的下降和恢復。”

手機尤其使電源動(dòng)態(tài)響應承受巨大負擔。北美的IS-54蜂窩系統標準采用頻分多址（FDMA）和時(shí)分多址（TDMA）技術(shù)，射頻傳輸分布在時(shí)長(cháng)為6.67 ms的時(shí)隙中。歐洲的GSM FDMA/TDMA手機的傳輸時(shí)隙非常短，僅為576 ?s。

對于這兩種標準，當手機從待機狀態(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，傳統電源通常規定電流變化范圍為50%左右。另外，盡管電池電壓會(huì )因為電池內阻的IR值下降而略微降低，但是傳統的臺式電源可能導致內部電壓下降幅度更大，有時(shí)會(huì )超過(guò)1 V。

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

Green表示：“許多臺式電源恢復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的低電量檢測電路為確保足夠時(shí)間而設定的閾值，那么手機可能在測試期間關(guān)斷。這將給出設備測試失敗的錯誤指示。”

控制和電源監控

為了解決這些問(wèn)題，儀器公司提供了專(zhuān)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(kāi)發(fā)和高速生產(chǎn)測試，例如手機、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(chēng)，其Series 2600儀器的價(jià)格約為每通道4000至5000美元，運行速度是I-V功能測試應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(lái)測試在短時(shí)間間隔內經(jīng)受巨大負載變化的設備。通過(guò)最大限度減小壓降幅度，然后在40 ?s或更短的時(shí)間內恢復到最初電壓的100 mV內，它們可以仿真電池在發(fā)生大量負載變化期間的反應。這些電源還可同時(shí)測量短脈沖負載電流。

Keithley的一些可編程直流電源能夠將內電阻值設置為從完全短路到1 Ω，還可仿真電池的內阻。板載模數轉換器用于測量精密內部支路的電壓，也可作為外置數字萬(wàn)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的系統運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、脈沖調制和生成，還可用于執行常見(jiàn)的元件測試。盡管用戶(hù)可以使用PC控制的Keithley工具（稱(chēng)為T(mén)est Script Builder）定制固定例行程序，但是這些類(lèi)似Basic的序列是在儀器內的微處理器上實(shí)時(shí)運行，而非在主機上運行。

Keithley的儀器采用非易失性存儲器，可保存多達5萬(wàn)行 TSP 代碼和10萬(wàn)多行讀數。單一TSP在主設備上運行，也可在更大的測試套件中控制并采集多達32個(gè)通道上的數據。

不需要用戶(hù)編程

一些廠(chǎng)商習慣完全避開(kāi)用戶(hù)編程或人工設置。例如，Agilent Technologies提供的可擴展的直流電源分析儀，該產(chǎn)品可執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)化設置，縮短查看重要序列的時(shí)間，例如計時(shí)的開(kāi)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)數據記錄儀。N6705A可顯示隨著(zhù)時(shí)間的推移而變化的電壓或電流，用戶(hù)可通過(guò)前面板操作電源和測量功能。輸出是通過(guò)彩色編碼按鈕選擇，輸出端采用彩色編碼，如同顯示器一樣。

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

Agilent基礎和系統技術(shù)部的電源產(chǎn)品經(jīng)理Bob Zollo解釋說(shuō)，N6705A包括如此多的儀器功能，因此可簡(jiǎn)化測試系統的設置。用戶(hù)不需要在數據記錄儀或DMM上拼湊測試系統，也不需要將分流器和傳感器集中到一起，為系統布線(xiàn)、與PC連接然后對系統編程。他說(shuō)，如果用戶(hù)構建自己的測試系統，則“用戶(hù)創(chuàng )建軟件和調試設備的時(shí)間可能比運行測試花費的時(shí)間還要多。”

Agilent的分析儀是基于 1U 尺寸的多輸出可編程開(kāi)關(guān)模式電源。這些電源可在160 ?s內改變電壓，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），總計可達 600 W。該自動(dòng)量程分析儀還包括用于測量的50 kHz 4000點(diǎn)數字轉換器。

Agilent的功率分析儀和電源還符合LXI Class C規范，并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )瀏覽器在任何10/100BaseT 以太局域網(wǎng)進(jìn)行驅動(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。

內置處理

一些廠(chǎng)商處理電池分析是依靠?jì)戎锰幚砟芰?，而非主機。例如，韓國Kepco的基于開(kāi)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，如便攜式工具或汽車(chē)電氣系統。

BOP 架構可同時(shí)記錄三個(gè)微處理器。一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于儀器的用戶(hù)界面，另一個(gè)支持GPIB、RS-232/RS-485和多儀器IEEE 1118 總線(xiàn)處理，第三個(gè)監管模擬功能。三個(gè)微處理器全部以?xún)炔糠绞皆?6 kbps全雙工光學(xué)隔離串行總線(xiàn)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，因此適用于充當電池及測試光電陣列等設備的特性。

另一家公司Azimuth Systems也提供測量功率的硬件和軟件，專(zhuān)門(mén)用于電池供電的WiFi設備。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(chǎng)景測試期間，可將正在運行的DUT放到不同的工作模式當中。該軟件有助于確定手機等電池供電產(chǎn)品的實(shí)際使用情況，并提供顯示實(shí)際待機和通話(huà)時(shí)間的指標。

電子負載

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

B+K Precision的Model 8500直流負載售價(jià)約為1000美元，可通過(guò)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(guò)流、過(guò)壓、過(guò)功率和過(guò)熱。

對于更高功率級別，Xantrex提供了模塊化和機架式配置的SL Series Sorensen品牌負載，其功率可達1.8 kW。這些負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轉換器和DC-DC轉換器，以及穩壓器電路的特性描述。

像Kepco的BOP電源一樣，SL Series負載也可通過(guò)GPIB或RS-232鏈接或在模擬控制模式下從前面板操作。機箱包含多個(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用，Xantrex為其提供了XDL線(xiàn)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(xiàn)測試，XDL電源可在非易失性存儲器中存儲10種設置，包括預置過(guò)壓和過(guò)流切斷功能。XDL Series電源還具有遠程檢測功能，該功能對測試強電流時(shí)很有用。

Xantrex產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)總監Jason Lee說(shuō)，對于1.2 kW～3 kW的功率級別，客戶(hù)通常選擇開(kāi)關(guān)電源來(lái)代替更重大且成本更高的線(xiàn)性電源。一些Xantrex開(kāi)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(kāi)關(guān)（ZVS）技術(shù)，據稱(chēng)具有可與線(xiàn)性電源相媲美的波紋和噪聲，并且能夠快速響應瞬載。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調整到300VDC，輸出電流可從0 A調整到75 A。

盡管有時(shí)普通的實(shí)驗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置的儀器，能夠簡(jiǎn)化和加快測試。要想準確模擬一個(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。電壓和電流的穩定性，包括避免振蕩、過(guò)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。