如何通過(guò)源測量單元進(jìn)行電池測試？

羅德與施瓦茨（Rohde＆Schwarz）推出了R＆S NGU系列源測量單元（SMU）。羅德與施瓦茨公司通過(guò)提供R＆S NGU201和R＆S NGU401這兩個(gè)新的SMU，通過(guò)提供能夠同時(shí)進(jìn)行電流和電壓生成和測量的產(chǎn)品，進(jìn)入了一個(gè)新市場(chǎng)。這是一類(lèi)儀器，可以同時(shí)在良好控制的模式下輸出電壓或電流，并測量被測設備上電壓和電流值的對應關(guān)系。四象限R＆S NGU201以無(wú)線(xiàn)設備的電池測試為目標，而四象限R＆S NGU401可以切換到負電壓并支持更大的電壓范圍。

羅德與施瓦茨公司電力產(chǎn)品，儀表，信號??源和音頻分析儀的產(chǎn)品管理和規劃主管Philipp Weigell在接受《電力電子新聞》采訪(fǎng)時(shí)，著(zhù)重介紹了新產(chǎn)品系列，以應對電池應用中典型的可變負載條件。新的R＆S NGU產(chǎn)品具有控制反饋，可提供少于30μs的恢復時(shí)間，并具有最小的過(guò)沖。Weigell說(shuō)：“因此，我們將進(jìn)入源計量單位市場(chǎng)，我們估計該市場(chǎng)約為10億美元的四分之一?！?/p>

源度量單位

SMU是在同一引腳或連接器上結合了信號生成功能和測量功能的儀器。它可以產(chǎn)生電壓或電流并同時(shí)測量它們，從而有效地涵蓋了電源或波形發(fā)生器，數字萬(wàn)用表，電流源和電子負載的功能。

SMU儀器用于測試系統中以測量電壓和電流。它們具有圖形界面，多種計算選項和系統總線(xiàn)（如GPIB，以太網(wǎng)和USB），能夠根據可變電壓（或電流）對電流（或電壓）進(jìn)行快速測量。

圖1：R＆S NGU401的接口（來(lái)源：Rohde＆Schwarz）。R＆S NGU201具有一個(gè)附加的可選數字電壓表，而不是調制輸入。

SMU可以表征許多半導體，尤其是可以準確測量IV參數和光伏電池或LED二極管的特性，包括短路電流，開(kāi)路電壓和最大功率點(diǎn)。半導體表征是要求電流靈敏度在納安或微安范圍內的應用示例。另外，對更高精度，高速，遠程電壓感測和四象限測量的需求可能會(huì )使傳統的可編程電源不足。

SMU儀器是一種精密源元件，提供小于1 mV的測量分辨率。它們在IV平面上具有四象限輸出，這意味著(zhù)它們可以提供正電壓和電流（象限1），負電壓和正電流（象限2），負電壓和負電流（象限3），或者正電壓和負電流（第4個(gè)象限）。

新解決方案

現代電路在不同的工作狀態(tài)下需要不同水平的電壓和/或電流。例如，模擬嵌入式系統的啟動(dòng)順序需要特定的電壓和電流曲線(xiàn)。輪廓分析對于優(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100 μA分辨率的10 μA到10 μA分辨率的10A。對于所有范圍，精度都可低至0.025％。在20V范圍內以10 μV的分辨率測量電壓，在6V范圍內以1 μV的分辨率測量電壓。R＆S NGU具有可變電容模式，可以在1 μF至470 μF的范圍內逐步調整，以補償電容，以便顯示電流，就好像直接在被測設備上測量的一樣。支持高達20 V，8 A和60 W的設備。

圖2：R＆S NGU401（來(lái)源：Rohde＆Schwarz）

圖3：帶電池的電池原理圖示例（來(lái)源：Rohde＆Schwarz）

四象限的R＆S NGU401可用于半導體測試。它提供–20 V至20 V范圍內的測量。它包括快速電流調節模式，以避免損壞諸如LED之類(lèi)的敏感設備。專(zhuān)用輸出使儀器成為模擬毛刺的交流電源。

兩象限的R＆S NGU201已針對一系列IoT設備的電池性能分析進(jìn)行了優(yōu)化。設計人員可以使用它來(lái)模擬現實(shí)世界的電池特性。該儀器的最大電流為8 A，還支持快速充電應用。

Weigell強調了模擬和測試可充電電池以在便攜式設備中提供更好性能的關(guān)鍵。過(guò)度充電和過(guò)度放電會(huì )縮短電池壽命，并可能引發(fā)諸如過(guò)熱之類(lèi)的熱問(wèn)題?！霸S多電池是通過(guò)將許多電池并聯(lián)而制成的，”魏格爾說(shuō)?！霸谶@些情況下，控制充電狀態(tài)至關(guān)重要。不同的值可能會(huì )限制電池的整體容量。因此，測試監視和控制電池狀態(tài)的電池管理系統至關(guān)重要。測試必須模擬操作過(guò)程中可能發(fā)生的所有情況。要定義電池型號，可以在預定義表中輸入電池數據。R＆S NGU電源可模擬電池的實(shí)際輸出性能?！?/p>

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

圖4：精度和動(dòng)態(tài)范圍（來(lái)源：羅德與施瓦茨）

電池壽命是可以為便攜式設備提供較長(cháng)使用壽命的制勝法寶。高動(dòng)態(tài)范圍（nA至A），時(shí)間分辨率（狀態(tài)開(kāi)關(guān)）和不同電池的仿真是典型儀器必須具備的主要功能。

“典型的電源會(huì )調節電壓，因此，如果調節電壓，電流會(huì )上升，并可能損壞您的LED，” Weigell說(shuō)?！耙虼?，從本質(zhì)上講，您需要的是在電流優(yōu)先模式下根據電流進(jìn)行調節的電源。這也是您在SMU中也會(huì )發(fā)現的東西?！?/p>

近年來(lái)，對更節能，環(huán)保產(chǎn)品的需求不斷增長(cháng)，已幫助振興了功率半導體行業(yè)。SMU可以表征許多半導體，并且將在汽車(chē)和移動(dòng)市場(chǎng)中為表征電池找到一席之地，而電池則變得越來(lái)越重要。

編輯：hfy