零压降动态电流测量–程控电源技术和应用（33）

发表于 10/17/2013 9:47:10 AM 阅读（2397）

越来越多的电子产品在使用电池供电。这不仅包括我们每天都在使用的手机、便携式电脑、蓝牙等产品，还有心脏起搏器、便携式监护仪、无线传感器、胎压监测等待。对于所以这些设备，延迟电池使用寿命是对设计人员永远的挑战。因此，利用精确的测量手段，准备评估产品硬件和软件的设计，至关重要的。

在对这类产品的运行时间进行评估有一种方法：使用程控电源对设备供电，使设备处于各种工作模式，再测量在不同工作模式下的电流消耗。评估过程需要根据不同的用户类型、每种工作模式所花费的时间、以及电池容量来计算出电池运行时间。直流电源必须在被测器件上维持稳定、无瞬态变化的电压。但是，很多产品的工作电流是动态的，例如手机、无线传感器等，其电流可能会瞬间从休眠状态的微安级，瞬间上升到数百毫安，甚至安培级。因而许多通用电源产品无法适用。在这种高要求的测试中，不仅需要直流电源能够提供稳定的电压，还具备其它几个优势：

非常快速的瞬态响应能力，在电流出现高动态范围变化时，输出仍然能稳定。
无线移动设备需要高峰值、低平均值的电流。为了准确表征电流，需要电源内置动态电流回读特性，能够直接读取被测件的电流特性。这样，就无需在测试电路中加入电流测量的分流器，从而产生压降问题。

一个有效的方法，就是使用实际的电池来替代程控电压源对设备供电。这样可以在更短的周期内针对不同的工作模式执行典型的电流消耗测量，并对电池运行时间进行预测。除了典型的电流消耗测量之外，您还可以连续监测电池的耗尽过程，从而得到更深入的分析结果：

电池低电压放电截止情况。
电池实际提供的电池容量和能量。
实际运行时间。
电池和器件配和使用的情况。

电池耗尽测试是电池性能验证不可或缺的一部分。

正如同评估电池耗尽过程一样，这种方法还能够评估电池充电和管理性能。通过对电池直接对设备供电，来验证充电管理性能，可以得到很多参考价值。

利用电池直接验证设备的充、放电性能时，必须面对的首要挑战，就是要精确地测量、记录电池电流消耗随时间的变化，并且观测电池电压，准确测量电池容量和能量。第二个测试挑战是：在测量电流时，被测件和电池之间的连接回路不能产生任何明显的压降，否则将会改变被测件的充放电性能。因此，如果在回路中加入分流器来测量电流，显然有很大的问题。

为了解决这个问题，一种方法是使用零压降的电流测量。实际上，绝大多数的电流测量方法，是利用电流通过一个指定电阻时产生的压降，通过欧姆定律来算出电流值。但在安捷伦 N6781A和N6782A 的2 象限SMU电源模块上，就有这项特殊的功能，它既可以最为电源输出，又可串入电流测量回路，零压降地测量电流。这样，N6781A 可用于评估电池供电设备的电池耗尽过程和电池充电性能，如图 1 所示。

图 1：N6781A 零压降电流和功耗测量

N6781A 在零压降测量电流时，可以把输出电压调节为零，与流经的电流没有关联。N6781A 串联在被测件和电池之间，由于其输出电压为 0 V，因而不会产生压降。 N6781A的测量动态电流时，采用内部的28bit, 200KSa/s采样率的无缝量程技术，精确测量动态电流。此外，精密的电流测量系统现在能够测量放电或充电电流。同时，该模块另外还有一个的电压测量端口，可用于电池电压的连续测量，使您能够捕获电池的放电或充电电压曲线，确定安培时和瓦时，如图 2 所示。