使用精密測(cè)量電源進(jìn)行內(nèi)阻測(cè)試和電容量測(cè)試

　　背景介紹

　　精密測(cè)量電源在提供穩(wěn)定供電之余，還可以進(jìn)行高精度的電壓電流測(cè)量，因此可以用于完成多種相關(guān)參數(shù)的測(cè)試。以吉時(shí)利PMS 2280S精密測(cè)量電源為例，它可以在供電過程中對(duì)電壓、電流數(shù)據(jù)進(jìn)行高速連續(xù)采集，通過網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行連續(xù)的數(shù)據(jù)回傳。因此，使用者可以根據(jù)需要，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜處理，得到最終所需要的結(jié)果。這些處理可以包括乘、除運(yùn)算得到功率或電阻信息，或者在時(shí)間軸進(jìn)行積分，得到電量信息，甚至根據(jù)記錄下來的充放電斜率，計(jì)算超級(jí)電容的電容量。

　　使用2280S 測(cè)量產(chǎn)品功率或內(nèi)阻

　　工作狀態(tài)下的產(chǎn)品內(nèi)阻或直流功耗經(jīng)常是客戶關(guān)心的一項(xiàng)指標(biāo)，以LED客戶為例，其二極管導(dǎo)通、截至特性是衡量LED性能的重要指標(biāo)。另外，LED的壽命和可靠性與LED的節(jié)點(diǎn)溫度有密切的關(guān)系，而節(jié)點(diǎn)由于封裝原因，其溫度很難通過直接測(cè)量的手段獲取。為表征LED的發(fā)熱性能，通常使用熱阻作為參數(shù)描述這一特性。而熱阻的計(jì)算公式，也與電壓，電流測(cè)量有直接的關(guān)系。

　　同樣，繼電器生產(chǎn)廠商也會(huì)測(cè)量繼電器在導(dǎo)通狀態(tài)下的內(nèi)阻阻值，更小的內(nèi)阻意味著更低的功率損耗和更長的工作壽命。在這些測(cè)試中，高精度的電壓電流測(cè)試，以及穩(wěn)定的直流供電都是工作條件下內(nèi)阻測(cè)試的先決條件。

　　傳統(tǒng)LED客戶的內(nèi)阻測(cè)試要求使用性能良好的電流源進(jìn)行供電，并配合以高精度AD板卡或萬用表采集電壓。兩臺(tái)設(shè)備的連接相對(duì)復(fù)雜，總成本較高。PMS 2280S電源可以工作在恒流模式（CC mode），成為性能良好的電流源，同時(shí)，其內(nèi)置6.5位數(shù)字萬用表，在電壓，電流測(cè)試時(shí)具備獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其電流測(cè)量精度可以達(dá)到微安級(jí)，分辨率高達(dá)10納安，電壓測(cè)量精度為毫伏級(jí)，分辨率為0.1mV?；刈x電壓、電流讀數(shù)后，經(jīng)過R = V/I的計(jì)算，就可以得到內(nèi)阻數(shù)據(jù)。打開LXI網(wǎng)頁界面上的Data logging功能，還可以對(duì)電壓，電流數(shù)據(jù)進(jìn)行長時(shí)間連續(xù)采集，有利于監(jiān)測(cè)工作條件下的內(nèi)阻隨時(shí)間的變化。

　　另外一個(gè)在內(nèi)阻測(cè)量時(shí)經(jīng)常遇到的問題，是線電阻的影響。通常導(dǎo)通電阻阻值較小，使用V/I直接計(jì)算電阻時(shí)，電源的測(cè)量結(jié)果會(huì)把連接線上的線電阻計(jì)入在內(nèi)，造成測(cè)量誤差。對(duì)PMS 2280S電源，我們?cè)陔娫春竺姘逄峁┝怂木€連接方式。通過四線連接的供電方式，可以把電源回讀的電壓和電流值定位在待測(cè)件的輸入端，而不是電源的輸出端，這樣可以完全消除線電阻的影響，測(cè)量到的內(nèi)阻阻值更加精確，連接如下圖所示。

　　圖1 2280S 四線遠(yuǎn)端連接

　　另外電源內(nèi)置的Auto Zero（自歸零）功能可以在每次電壓或電流測(cè)量前，進(jìn)行一次快速的自校準(zhǔn)。測(cè)量由于內(nèi)部熱偏置或者殘余電量累計(jì)造成的偏差，并在下一次測(cè)量中自動(dòng)消除，進(jìn)一步提高測(cè)量精度。

　　PMS2280S只能輸出正相電源，當(dāng)測(cè)試中需要為待測(cè)件施加反向電壓時(shí)，我們可以使用外接的開關(guān)電路切換正負(fù)極實(shí)現(xiàn)反向電壓。PMS 2280S輸出正負(fù)端均與地隔離，因此正負(fù)極反向連接就可以實(shí)現(xiàn)輸出負(fù)電壓的功能。外界MOSFET或繼電器開關(guān)的通斷可以由PMS2280S后面板的數(shù)字IO接口控制，通過指令設(shè)置高低電平即可控制開關(guān)的通斷操作。開關(guān)的供電可由后面板的USB接口提供（如供電電流小于2mA，亦可使用數(shù)字IO口提供供電）。

　　使用2280S 測(cè)量鋰離子電池的電量

　　隨著電子產(chǎn)品功能的增強(qiáng)，電池容量也在不斷增加，如何能準(zhǔn)確了解電池容量成為電池測(cè)試的一項(xiàng)重要任務(wù)。電池電量的描述通常使用安時(shí)或瓦特時(shí)作為單位，表示從電池放空到充滿的過程中進(jìn)入電池的總電量。計(jì)算電池充電或放電電量，需要對(duì)電池的充放電電流或功率進(jìn)行積分計(jì)算，其計(jì)算公式如下所示：

　　電池總?cè)萘?img alt="使用精密測(cè)量電源進(jìn)行內(nèi)阻測(cè)試和電容量測(cè)試" src="/uploads/allimg/150123/1697825-150123164AC29.jpg" style="width: 85px; height: 32px;" /> ，其中t為充電（放電）時(shí)間，I為充電（放電）電流

　　電池總?cè)萘?img alt="使用精密測(cè)量電源進(jìn)行內(nèi)阻測(cè)試和電容量測(cè)試" src="/uploads/allimg/150123/1697825-150123164G1917.jpg" style="width: 104px; height: 34px;" /> ，　其中I是采樣電流值， ?t是采樣間隔

　　當(dāng)使用測(cè)試儀表進(jìn)行電量測(cè)試時(shí)，由于電流的采樣點(diǎn)是離散的，我們將計(jì)算公式轉(zhuǎn)化為：

　　這里要求測(cè)量儀表能精確記錄充電或放電電流，并保證較高的連續(xù)采樣率，同時(shí)可以將整個(gè)充放電過程的全部數(shù)據(jù)完整記錄下來，才能確保計(jì)算結(jié)果足夠準(zhǔn)確。

　　PMS 2280S的數(shù)據(jù)記錄功能可以提供最高3000次每秒的電壓或電流采樣率。并可以通過LAN接口將數(shù)據(jù)連續(xù)回傳到電腦端。用戶可以長時(shí)間對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并將所有數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel表格中進(jìn)行后續(xù)分析。下圖是2280S為鋰離子電池充電的電壓電流曲線圖，電池電壓從11.8V充到12.6V，電流以2A開始充電，下降至20mA以下時(shí)充電結(jié)束。

　　圖2 2280S 電池充電曲線

　　當(dāng)進(jìn)行安時(shí)計(jì)算時(shí)，只需將電池與電源相連接，設(shè)置好充電的截至電壓（Vset），以及充電電流（Iset），此時(shí)電源將自動(dòng)開始為電池充。初始階段采用恒流充電（CC 模式），當(dāng)電壓上升到充電截至電壓時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)入恒壓充電（CV 模式），直到電流減小到接近0為止。

　　除了對(duì)電池進(jìn)行充電測(cè)試外，PMS 2280S還可以為電池進(jìn)行放電測(cè)試。放電時(shí)由于電壓電流均不可控，電源將以最大能力吸收電流（約為-450mA），并對(duì)放電過程中的電壓和電流值進(jìn)行連續(xù)記錄。

　　充放電過程中的電壓電流數(shù)據(jù)都可以通過電腦端進(jìn)行連續(xù)記錄，用戶不需要編寫任何軟件。在電腦端的網(wǎng)頁瀏覽器上輸出電源的IP地址，選擇屏幕左下角的Data logging功能后，使用儀表內(nèi)置的網(wǎng)頁界面就可以完成全部數(shù)據(jù)的記錄。電池的充電或放電總量也會(huì)以毫安時(shí)的形式自動(dòng)顯示出來，如下圖所示：

　　圖3 2280S data logging界面