移动设备电源测试

2012-01-10 09:08:34来源: 互联网

  手机和其他无线通信设备因其对电池的动态要求而难以测试。为了节省电力,这些设备需要迅速切换到高功耗运行模式,然后返回较低功耗的待机、关机或休眠模式。因此,在测试和评估期间代替电池的电源需要具有通用电源通常不具备的功能。

  实验室电源可代替测试期间使用的电化学电源,由于电池充电器电路也需要进行评估,所以必须使用可编程电源。此外,专用电源还需具备智能控制输出电压的升压和降压、数据日志记录和波形产生等功能,以及诸如精密电流表和电压表等仪表功能。此外,可能还需要可编程电子负载,以评估电池的放电特性。

  电路响应完全充电电池的方式不同于响应充电不足或完全放电电池的方式。Keithley Instruments高级市场开发经理Bob Green说:“未来发展趋势是电路电压越来越低,充电间隔越来越长。这将促使设计者降低设备为避免损坏而自动关闭之前的最小运行电压。”

  Green称:“不能再简单地选择方便的台式电源来提供适当的电压电流组合。工程师需要优化电源,以便能够带有电阻负载运行。通用电源即使适用于多种负载,但在这里不适用。”

  动态负载

  捕获波形还需要仪器能够记录并显示快速变化的电压、电流及瞬变,例如,手机启动序列期间的电平。确定电池供电的被测设备(DUT)消耗的电流脉冲类型是至关重要的。在大多数情况下,需要测量脉冲幅度、上升时间、下降时间和频率。Green指出:“必须根据导致DUT测试失败或关断的数值确定电源电压的下降和恢复。”

  手机尤其使电源动态响应承受巨大负担。北美的IS-54蜂窝系统标准采用频分多址(FDMA)和时分多址(TDMA)技术,射频传输分布在时长为6.67 ms的时隙中。欧洲的GSM FDMA/TDMA手机的传输时隙非常短,仅为576 ?s。

  对于这两种标准,当手机从待机状态切换到全功率状态时,电流消耗可能增加1000%。遗憾的是,传统电源通常规定电流变化范围为50%左右。另外,尽管电池电压会因为电池内阻的IR值下降而略微降低,但是传统的台式电源可能导致内部电压下降幅度更大,有时会超过1 V。

  对于为了应对短时间的间隔而以全功率运行的电路,例如手机的功率放大器阶段,在通用电源恢复之前可结束全功率事件。如果电源不能快速恢复,可能会降低DUT的性能。

  Green表示:“许多台式电源恢复到最初的电平可能需要几毫秒的时间。例如,如果电源电压低于手机的低电量检测电路为确保足够时间而设定的阈值,那么手机可能在测试期间关断。这将给出设备测试失败的错误指示。”

  控制和电源监控

  为了解决这些问题,仪器公司提供了专用电源,Keithley就是其中之一。该公司拥有多种配备GPIB的电源产品,既可提供电压控制也可提供电源监控。例如,Keithley的 2306-VS型双通道电池/充电器仿真器simulator具有外部触发功能,可用于直流电池供电产品的开发和高速生产测试,例如手机、RFIC功率放大器及其他需要直流电压电源的精密元件。2306-VS 的定价约为3500美元。

  同样,该公司的多通道Series 2600 System SourceMeter仪器是可扩展的高吞吐量电源,可提供精密直流、脉冲和低频交流电源。Keithley称,其Series 2600仪器的价格约为每通道4000至5000美元,运行速度是I-V功能测试应用中典型电源测试速度的两到四倍。

  这些自动化电源可用来测试在短时间间隔内经受巨大负载变化的设备。通过最大限度减小压降幅度,然后在40 ?s或更短的时间内恢复到最初电压的100 mV内,它们可以仿真电池在发生大量负载变化期间的反应。这些电源还可同时测量短脉冲负载电流。

  Keithley的一些可编程直流电源能够将内电阻值设置为从完全短路到1 Ω,还可仿真电池的内阻。板载模数转换器用于测量精密内部支路的电压,也可作为外置数字万用表(DMM)而发挥双重作用。Keithley的多象限仪器能够同时提供正负电压和电流,还可吸入电流,具有放电状态下可再充电电池的特性,以支持电池充电器的电路测试。

  Keithley的系统运行嵌入式测试脚本处理器(TSP),目的是减少GPIB流量。测试脚本可用于波形的清除、脉冲调制和生成,还可用于执行常见的元件测试。尽管用户可以使用PC控制的Keithley工具(称为Test Script Builder)定制固定例行程序,但是这些类似Basic的序列是在仪器内的微处理器上实时运行,而非在主机上运行。

  Keithley的仪器采用非易失性存储器,可保存多达5万行 TSP 代码和10万多行读数。单一TSP在主设备上运行,也可在更大的测试套件中控制并采集多达32个通道上的数据。

  不需要用户编程

  一些厂商习惯完全避开用户编程或人工设置。例如,Agilent Technologies提供的可扩展的直流电源分析仪,该产品可执行直流电源供电和测量,而不需要进行任何编码。N6705A分析仪的价格为6500美元,用于优化设置,缩短查看重要序列的时间,例如计时的开启和关闭,以及启动或浪涌电流。


  N6705A可测量施加的直流电压和 DUT 的电流消耗,最多可包含四个直流电源模块、一个DMM、一个记录示波器、一个任意波形发生器和一个数据记录仪。N6705A可显示随着时间的推移而变化的电压或电流,用户可通过前面板操作电源和测量功能。输出是通过彩色编码按钮选择,输出端采用彩色编码,如同显示器一样。

  内置日志功能可存储几秒到几天甚至几周的数据。例如,该分析仪可将速率调高或调低,或者生成瞬态和扰乱状态,以查看一台设备在加压或最坏情况下可能做出的响应。

  Agilent基础和系统技术部的电源产品经理Bob Zollo解释说,N6705A包括如此多的仪器功能,因此可简化测试系统的设置。用户不需要在数据记录仪或DMM上拼凑测试系统,也不需要将分流器和传感器集中到一起,为系统布线、与PC连接然后对系统编程。他说,如果用户构建自己的测试系统,则“用户创建软件和调试设备的时间可能比运行测试花费的时间还要多。”

  Agilent的分析仪是基于 1U 尺寸的多输出可编程开关模式电源。这些电源可在160 ?s内改变电压,提供直流电源时只有5 mVp-p的噪声。N6705A 可接受1~4个电源模块的供电(每个450美元~2250美元不等),总计可达 600 W。该自动量程分析仪还包括用于测量的50 kHz 4000点数字转换器。

  Agilent的功率分析仪和电源还符合LXI Class C规范,并可通过网络浏览器在任何10/100BaseT 以太局域网进行驱动。Agilent的产品还可使用USB 2.0或GPIB直接与个人电脑连接。

  内置处理

  一些厂商处理电池分析是依靠内置处理能力,而非主机。例如,韩国Kepco的基于开关电源的BOP系列仪器是电压和电流可编程的四象限电源。

  BOP电源配备图形LCD,可双向处理1 kW直流功率。该系列包括6个型号,可支持±10 V至±100 V的电压,并可用于测试更高功率的系统,如便携式工具或汽车电气系统。

  BOP 架构可同时记录三个微处理器。一个专门用于仪器的用户界面,另一个支持GPIB、RS-232/RS-485和多仪器IEEE 1118 总线处理,第三个监管模拟功能。三个微处理器全部以内部方式在56 kbps全双工光学隔离串行总线上通信。

  BOP电源价格大约为2100美元,配备320×240像素单色显示器,可动态显示以模拟或数字方式表示的输出电压和电流。作为四象限电源,它可流出和吸入电流,因此适用于充当电池及测试光电阵列等设备的特性。

  另一家公司Azimuth Systems也提供测量功率的硬件和软件,专门用于电池供电的WiFi设备。该公司的Azimuth Battery Life PeRFormance Test的价格约为6000美元,可与其W系列硬件平台配套使用。

  Azimuth的硬件和软件可测试一个电池耗尽电量所用的时间。在实际场景测试期间,可将正在运行的DUT放到不同的工作模式当中。该软件有助于确定手机等电池供电产品的实际使用情况,并提供显示实际待机和通话时间的指标。

  电子负载

  有时,可能不需要使用测试执行程序和自动测试系统。对于许多测试而言,确定电池适用性只需要测试可控制负载。生产电子负载的公司包括Xantrex Technology和B+K Precision。

  B+K Precision的Model 8500直流负载售价约为1000美元,可通过RS-232或可选的USB接口进行编程。Model 8500配备真空荧光显示器,可在0至120 V之间随意设置,并在300 W最大功率下吸入1 mA至30 A的电流。该仪器可防止过流、过压、过功率和过热。

  对于更高功率级别,Xantrex提供了模块化和机架式配置的SL Series Sorensen品牌负载,其功率可达1.8 kW。这些负载适用于电池和电池充电器测试,以及测试大功率燃料电池、反相器、AC-DC转换器和DC-DC转换器,以及稳压器电路的特性描述。

  像Kepco的BOP电源一样,SL Series负载也可通过GPIB或RS-232链接或在模拟控制模式下从前面板操作。机箱包含多个模块,起始价不到5000美元。

  对于需要低噪声和可编程的应用,Xantrex为其提供了XDL线性电源,其电压噪声通常低于0.35 mV RMS,电流噪声低于0.2 mA RMS。对于生产线测试,XDL电源可在非易失性存储器中存储10种设置,包括预置过压和过流切断功能。XDL Series电源还具有远程检测功能,该功能对测试强电流时很有用。
Xantrex产品营销总监Jason Lee说,对于1.2 kW~3 kW的功率级别,客户通常选择开关电源来代替更重大且成本更高的线性电源。一些Xantrex开关电源的价格不到1300美元。这些价格适中的电源采用所谓的零电压开关(ZVS)技术,据称具有可与线性电源相媲美的波纹和噪声,并且能够快速响应瞬载。Xantrex还提供DLM系列,其中包括的600 W型号提供的输出电压可从0 VDC调整到300VDC,输出电流可从0 A调整到75 A。
  尽管有时普通的实验室电源也可代替电池,但是目前的可编程电源具有智能功能和内置的仪器,能够简化和加快测试。要想准确模拟一个电池的性能,需要电源的带宽足以在大电流瞬变期间最大限度减少压降,并且需要电路能够模仿电池的阻抗。电压和电流的稳定性,包括避免振荡、过冲和下冲特性,都是最新一代电源能够提供的必不可少的性能。

关键字:电源测试  动态负载  电源监控

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0110/article_4397.html
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