Monitorowanie rozładowania baterii za pomocą źródła mierzącego i analizatora mocy N6705C


Po co monitorować rozładowanie baterii?
- Sprawdź rzeczywisty czas pracy i porównaj go z oczekiwanymi wartościami
- Weryfikacja pojemności i wydajności baterii w zastosowaniach Twojej aplikacji, aby skorelować je ze specyfikacją producenta baterii
- Zmierz prąd szczytowy i średni oraz pobór mocy przez urządzenie, gdy jest zasilane z baterii, aby porównać to oczekiwanymi wartościami i pomóc w optymalizacji wydajności urządzenia
- Zweryfikować prawidłowe działanie wyłączania niskonapięciowego

Analiza i optymalizacja czasu pracy baterii wymaga przeprowadzenia testów baterii i urządzenia zasilanego baterią, zarówno osobno, jak iw połączeniu jako system.

Zintegrowane rozwiązanie Keysight
Źródła mierzące Keysight Technologies N6781A (20 W) i N6785A (80 W) są przeznaczone do analizy zużycia baterii urządzeń przenośnych, co pomaga skrócić czas testu i zapewnić wydajność produktu. SMU N6781A oferuje moc do 20 W, który jest odpowiedni dla małych urządzeń przenośnych, takich jak smartfony i odtwarzacze muzyczne. SMU N6785A może dać do 80 W, jest odpowiedni dla większych urządzeń przenośnych, takich jak tablety. Moduły te są częścią systemu zasilania N6700, który obejmuje niskoprofilowe obudowy N6700 do zautomatyzowanych środowisk testowych (ATE) oraz analizatora mocy N6705C przeznaczonego dla R&D. Seria produktowa składa się z 4 obudów i ponad 30 modłów zasilania zapewniając pełne spektrum rozwiązań od badań i rozwoju, poprzez walidację projektu i produkcję.

Korzystając z analizatora mocy N6705C DC i dowolnego z modułów SMU serii N6780 z oprogramowaniem BV9200B PathWave BenchVue do zaawansowanej kontroli i analizy mocy, można łatwo mierzyć krótkotrwałe i długoterminowe zużycie prądu z akumulatora oraz analizować ich wyniki. Aby uzyskać rzeczywiste wyniki, czasami korzystne jest użycie rzeczywistej baterii zamiast źródła prądu stałego do zasilania urządzeń zasilanych z baterii. Ta nota aplikacyjna wyjaśnia, jak korzystać z zaawansowanych możliwości N6781A lub N6785A SMU z oprogramowaniem BV9200B PathWave BenchVue do zaawansowanej kontroli i analizy mocy, aby łatwo i dokładnie ocenić wydajność urządzenia zasilanego z baterii, zasilanego bezpośrednio z baterii.

Wyzwania tradycyjnego podejścia
Tradycyjne podejście do pomiaru zużycia baterii polega na użyciu przetworników prądowych, takich jak boczniki i sondy prądowe. Podobnie, wiele standardów testowych do pomiaru poboru prądu w urządzeniach zasilanych z baterii, takich jak technika pomiaru żywotności baterii DG09 Stowarzyszenia GSM, zawiera wytyczne dotyczące ogólnej konfiguracji testu. Konfiguracja wykorzystuje karty przetworników analogowo-cyfrowych i boczniki prądowe do rejestrowania poboru prądu przez dłuższy okres w celu oceny żywotności baterii w różnych scenariuszach. Chociaż jest to odpowiednie w pewnych sytuacjach, podejście to nie spełnia poziomu dokładności wymaganego dla szerokiego dynamicznego zakresu prądu pobieranego przez urządzenie zasilane z baterii. Ponadto spadek napięcia na boczniku wprowadza kolejną warstwę niedokładności do konfiguracji, wpływając niekorzystnie na niskie napięcie akumulatora. Wreszcie, testowanie wyczerpania baterii może zająć od kilku godzin do kilku dni. Rodzi to kwestię sposobu rejestrowania i przechowywania dużej ilości danych do analizy po teście.
 
Zalecana konfiguracja przy użyciu N6781A lub N6785A SMU i BV9200B PathWave BenchVue Advanced Power Control and Analysis Software
Jednostki SMU serii N6780 mają zaawansowane funkcje zasilania i pomiaru, które pozwalają sprostać wyzwaniom i niedociągnięciom tradycyjnych metod. Do testu wyczerpania baterii, SMU serii N6780 mogą być używane tylko w trybie pomiaru prądu (amperomierz) i stać się bocznikiem pomiarowym przy zerowym obciążeniu. W przeciwieństwie do bocznika, spadek napięcia nie będzie problemem (jak pokazano na rysunku 1 poniżej). Moduły SMU N6781A i N6875A mają również opatentowaną funkcję płynnego przełączania zakresu. Gdy prąd przechodzi z poziomu uśpienia do stanu aktywnego, N6705C dynamicznie dostosowuje zakres pomiarowy, aby zapewnić najwyższą dokładność w każdym punkcie przebiegu prądu.

Można również użyć funkcji programowalnej rezystancji wyjściowej, aby umożliwić modułom SMU dokładniejszą emulację rezystancji wewnętrznej baterii. Wreszcie, oprogramowanie BV9200B PathWave BenchVue Advanced Power Control and Analysis zapewnia platformę do łatwego rejestrowania, wizualizacji i analizowania dużej ilości danych pomiarowych. Ta konfiguracja z łatwością spełnia wymagania standardu testowego DG09 Stowarzyszenia GSM w zakresie żywotności baterii i innych podobnych standardów, a w rzeczywistości poprawia ją, pokonując ograniczenia związane z użyciem stałego bocznika.
Moduły SMU serii N6780 mają tryb „tylko pomiaru prądu”, w którym zasilacz zachowuje się jak bocznik o wartości zero omów. Gdy wyjście jest połączone szeregowo z akumulatorem i urządzeniem zasilanym z akumulatora, jak na rysunku 1, SMU emulują amperomierz o zerowym obciążeniu. Napięcie jest regulowane do zera woltów, gdy podłączone są linie zdalnego wykrywania.


Rysunek 1: Zalecana konfiguracja do pomiaru wydajności rozładowania baterii przy użyciu SMU serii N6780. Należy pamiętać, że zdalne wysyłanie napięcia eliminuje spadek napięcia w okablowaniu między zestawem akumulatorów (-) a urządzeniem testowanym (-). W tej konfiguracji moduły SMU serii N6780 byłyby instalowane wewnątrz analizatora mocy N6705C DC.

Na rysunku 2 można zobaczyć obraz rzeczywistej konfiguracji. Po skonfigurowaniu konfiguracji wybierz opcję Current Measure Only jako tryb emulacji na ekranie ustawień źródła BV9200B, jak pokazano na Rysunku 3. Tryb priorytetu napięcia jest ustawiony domyślnie, a limity +/- prądu są ustawione na maksymalną dopuszczalną wartość. Wyjście jest zaprogramowane na zero woltów, stąd zerowe obciążenie.

Pomiar napięcia akumulatora za pomocą woltomierza pomocniczego
Jednostki SMU serii N6780 mają wejście pomocniczego pomiaru napięcia (DVM), które może być używane do pomiaru napięcia akumulatora w zastosowaniach związanych z rozładowywaniem. Pomiary z pomocniczego woltomierza służą do sprawdzania czasu pracy i wydajności. Zapoznaj się z połączeniami DVM + i DVM- na rysunku 1, aby uzyskać informacje o konfiguracji pomocniczego woltomierza. Aby włączyć pomiary napięcia pomocniczego za pomocą BV9200B, rozwiń kartę Instrument Control i wybierz Meter, a następnie Properties.

 
Rysunek 2: Rzeczywista konfiguracja do pomiaru wydajności rozładowania akumulatora przy użyciu modułu SMU N6781A lub N6785A zainstalowanego analizatorze mocy N6705 DC (pokazano model N6781A).


Rysunek 3: Menu ustawień źródła w oprogramowaniu BV9200B BenchVue Advanced Power Control and Analysis można również wykonać z panelu przedniego analizatora N6705.
W wyświetlonym menu upewnij się, że wybrana jest opcja Aux Voltage, jak pokazano na rysunku 4. Woltomierz pomocniczy rejestruje pomiary z szybkością digitalizacji do 100 ksa/s jednocześnie z prądem.
 
Ochrona przed przepięciami akumulatorów i odwrotną polaryzacją
Tradycyjnie w tej konfiguracji wymagana byłaby zewnętrzna sieć ochronna, ponieważ baterie są w stanie dostarczyć bardzo wysokie prądy w przypadku niewłaściwego zastosowania lub zwarcia. Jednak funkcje ochronne są wbudowane w SMU serii N6780. Eliminuje potrzebę stosowania zewnętrznego obwodu zabezpieczającego.


Rysunek 4: Konfiguracja pomocniczego woltomierza

Tryb oscyloskopowy
Oprogramowanie BV9200B PathWave BenchVue do zaawansowanej kontroli i analizy mocy zawiera tryb oscyloskopu. Ten tryb pozwala monitorować bieżący pobór prądu w czasie rzeczywistym. W trybie oscyloskopu graficzny interfejs użytkownika pozwala kontrolować wybór pomiarów napięcia / prądu, zakresy pomiarowe i skalowanie wyświetlacza, podobnie jak w oscyloskopie. Można również dostosować liczbę punktów próbkowania dla przebiegu do maksymalnie 256 K punktów dla pojedynczego przebiegu.
Te funkcje są również dostępne z panelu przedniego N6705 przy użyciu widoku oscyloskopu.
Akwizycję oscyloskopu można rozpocząć lub zatrzymać, naciskając przycisk „play” w prawym dolnym rogu pod słowem „Scope”. Możesz podciągnąć znaczniki, aby dalej analizować przebieg, jak pokazano na rysunku 5. Znaczniki można wykorzystać do zawężenia określonego przedziału czasu i wyodrębnienia informacji dla tego przedziału czasu, takich jak wartość minimalna, maksymalna i średnia.


Rysunek 5: Tryb oscyloskopowy ze znacznikami

Korzystanie z trybu rejestracji danych
Tryb rejestracji danych w N6705 i oprogramowaniu BV9200B umożliwia długoterminowe gromadzenie danych. Ustawienia pozwalają określić czas trwania i okres rejestracji danych. Czas trwania może wynosić do kilku godzin lub nawet dni. Ustaw go tak, aby działał dłużej niż oczekiwany rzeczywisty czas wyczerpywania się baterii, aby zapewnić uchwycenie całego cyklu. Możesz zdefiniować okres między próbkami dla rejestracji danych od 20 µs do 60 s, w zależności od konfiguracji. Dla każdego okresu generowany i rejestrowany jest zestaw wartości minimalnej, maksymalnej i średniej. Na ekranie podglądu danych wartości minimalne, maksymalne i średnie są przedstawiane razem na tym samym wykresie. Rysunek 6 przedstawia wykres rzeczywistego wyczerpania baterii. Funkcje te są również dostępne z panelu przedniego N6705 pod przyciskiem Data Logger
Markery są dostępne do użycia z rejestracją danych. Włącz pionowe znaczniki pomiarowe i umieść je w punktach startu i wyłączenia. Spowoduje to skonfigurowanie oprogramowania tak, aby wszystkie obliczenia numeryczne opierały się na zamkniętym przedziale czasu, a nie na całym wyświetlaczu.

Można ustawić funkcję rejestracji danych tak, aby mierzyła prąd, jak również odczyt napięcia z pomocniczego DVM. Przechwycone dane są przechowywane w formacie binarnym. Istnieje możliwość wyeksportowania pliku binarnego do formatu pliku CSV (zmienna rozdzielana przecinkami). Inną przydatną funkcją jest CCDF (Complimentary Cumulative Distribution Function) to kolejna funkcja wyświetlania. Jest to skumulowana forma histogramu, która zapewnia zwięzłe przedstawienie krótko- i długoterminowego pomiaru zużycia baterii. Jest to wykres dystrybucji aktualnej amplitudy w stosunku do jej względnej częstotliwości występowania i jest potężnym narzędziem do szybkiej wizualizacji i analizy dużych ilości danych.


Rysunek 6: Rejestracja danych pokazująca napięcie, prąd i moc (rzeczywisty rozładowywanie akumulatora)


Rysunek 7: Pomiary między znacznikami w trybie rejestracji danych


Rysunek 8. Ten pomiar CCDF ujawnia kluczowe parametry prądu czuwania w smartfonie.

Podsumowanie
Korzystanie z rzeczywistej baterii zamiast źródła prądu stałego podczas wykonywania analizy zużycia zapewnia lepszy wgląd w rzeczywisty czas pracy i rzeczywistą pojemność baterii w celu uzyskania najdokładniejszych wyników. Opatentowana funkcja pomiaru z przełączaniem zakresu (płynna zmiana zakresu pomiaru) dostępna w SMU N6780 przezwycięża niedociągnięcia w dokładności tradycyjnych metod, które wykorzystują przetworniki prądu. Ta płynna funkcja pomiaru dynamicznie dostosowuje zakres pomiarowy, aby zapewnić najwyższą dokładność w każdym punkcie przebiegu prądu rozładowania akumulatora.
Pomocniczy woltomierz, tryb oscyloskopu i tryb rejestracji danych to dodatkowe narzędzia i funkcje dostępne w jednostkach SMU N6781A i N6785A oraz ramie głównej analizatora mocy N6705, które pomagają w ocenie zużycia baterii. Można sterować modułami SMU N6781A i N6785A wewnątrz ramy głównej analizatora mocy N6705C DC za pomocą panelu przedniego lub za pomocą oprogramowania do sterowania i analizy BV9200B. Aby uzyskać bezpłatną wersję próbną oprogramowania BV9200B PathWave BenchVue do zaawansowanej kontroli i analizy mocy, przejdź na stronę www.keysight.com/find/BV9200.

Related Keysight Literature
Keysight BV9200B BenchVue Advanced Power Control and Analysis Software for Advanced Power Supplies, Data Sheet, 5992-4328EN
Keysight N6780 Series Source/Measure Units (SMUs) for the N6700 Modular Power System, Data Sheet, 5990-5829EN
Keysight N6780 Series SMUs Essential Configuration Guide, 5991-3408EN
Keysight N6705 DC Power Analyzer, User’s Guide, N6705C-90901
Enhance the Battery Life of Your Mobile or Wireless Device, 5991-0519EN
 
 

Galeria