如何通過源測量單元進(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提供R＆S NGU201和R＆S NGU401這兩個新的SMU，通過提供能夠同時進(jìn)行電流和電壓生成和測量的產(chǎn)品，進(jìn)入了一個新市場。這是一類儀器，可以同時在良好控制的模式下輸出電壓或電流，并測量被測設(shè)備上電壓和電流值的對應(yīng)關(guān)系。四象限R＆S NGU201以無線設(shè)備的電池測試為目標(biāo)，而四象限R＆S NGU401可以切換到負(fù)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(guī)劃主管Philipp Weigell在接受《電力電子新聞》采訪時，著重介紹了新產(chǎn)品系列，以應(yīng)對電池應(yīng)用中典型的可變負(fù)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(fù)時間，并具有最小的過沖。Weigell說：“因此，我們將進(jìn)入源計量單位市場，我們估計該市場約為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(jié)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測量它們，從而有效地涵蓋了電源或波形發(fā)生器，數(shù)字萬用表，電流源和電子負(fù)載的功能。

SMU儀器用于測試系統(tǒng)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(tǒng)總線（如GPIB，以太網(wǎng)和USB），能夠根據(jù)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（來源：Rohde＆Schwarz）。R＆S NGU201具有一個附加的可選數(shù)字電壓表，而不是調(diào)制輸入。

SMU可以表征許多半導(dǎo)體，尤其是可以準(zhǔn)確測量IV參數(shù)和光伏電池或LED二極管的特性，包括短路電流，開路電壓和最大功率點。半導(dǎo)體表征是要求電流靈敏度在納安或微安范圍內(nèi)的應(yīng)用示例。另外，對更高精度，高速，遠(yuǎn)程電壓感測和四象限測量的需求可能會使傳統(tǒng)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，這意味著它們可以提供正電壓和電流（象限1），負(fù)電壓和正電流（象限2），負(fù)電壓和負(fù)電流（象限3），或者正電壓和負(fù)電流（第4個象限）。

新解決方案

現(xiàn)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(tǒng)的啟動順序需要特定的電壓和電流曲線。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(nèi)以10 μV的分辨率測量電壓，在6V范圍內(nèi)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(nèi)逐步調(diào)整，以補(bǔ)償電容，以便顯示電流，就好像直接在被測設(shè)備上測量的一樣。支持高達(dá)20 V，8 A和60 W的設(shè)備。

圖2：R＆S NGU401（來源：Rohde＆Schwarz）

圖3：帶電池的電池原理圖示例（來源：Rohde＆Schwarz）

四象限的R＆S NGU401可用于半導(dǎo)體測試。它提供–20 V至20 V范圍內(nèi)的測量。它包括快速電流調(diào)節(jié)模式，以避免損壞諸如LED之類的敏感設(shè)備。專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(shè)備的電池性能分析進(jìn)行了優(yōu)化。設(shè)計人員可以使用它來模擬現(xiàn)實世界的電池特性。該儀器的最大電流為8 A，還支持快速充電應(yīng)用。

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

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

圖4：精度和動態(tài)范圍（來源：羅德與施瓦茨）

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

“典型的電源會調(diào)節(jié)電壓，因此，如果調(diào)節(jié)電壓，電流會上升，并可能損壞您的LED，” Weigell說?！耙虼?，從本質(zhì)上講，您需要的是在電流優(yōu)先模式下根據(jù)電流進(jìn)行調(diào)節(jié)的電源。這也是您在SMU中也會發(fā)現(xiàn)的東西?！?/p>

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

編輯：hfy