标签: 直流电源分析仪

（接上篇） 3 ） 同向的多路开关断开和闭合的一致性的测试 使用 N6705B 和四个电源模块，一路给控制信号输出 24V-0V 的交变电压脉冲，另三路给同方向开关 . 如 1 ， 2 ， 3 供电，观察控制信号电压与开关的电流波形。 通道 1 ， 2 ， 3 同步数据   通道 5 ， 6 ， 7 同步数据   4 ） 反向的多路开关断开和闭合的一致性测试   对比通道 2 和通道 6 ， 我们发现在通道 2 断开时，通道 6 即可闭合，但抖动持续了 12ms ； 而通道 6 断开时，即使不考虑通道 2 的抖动，通道 2 都没有即可闭合，导致期间出现 A ， B 两端无任何一端闭合的情况。 理论上， A ， B 两端应该是交替进行通、断，如下图所示：   三、 N6705B 介绍和多路开关典型配置 是德科技的 N6705B 直流电源分析仪，是独特的、高度集成化的模块化设计，在一台主机中提供了多种测试仪表功能 : • 1 至 4 路高性能电源输出或电子负载 • 数字电压表和电流表 • 带功率输出的任意波形发生器 • 电压、电流示波器 • 电压、电流数据采集 • 所有的测量和功能都能通过前面板实现 是德科技为它提供超过 34 种不同性能，电压，电流，功率等级的模块，任意的组合搭配最灵活的多通道电源 • 基础型模块：最高电压 150V ，最大电流 20A ，功率 50W -300W; • 高性能型自动量程模块：最高电压 60V ， 50A ，功率 500W ，电压编程时间 2ms; • 精密型模块：最高电压 60V ， 50A ，功率 500W ， 0.016% 的电压输出精度； • SMU 源表模块： 20V/8A ， 20W ，双象限或四象限工作，低至 nA 级电流测量精度； 在以上这个多路继电器测试的测试中，我们用了 N6705B 的配置为： 1. N6705B 直流电源分析仪 600W 主机 ； 2. N6734A 35V ， 1.5A ， 50W 模块 x1; 3. N6741B 5V ， 20A ， 100W 模块 x 3; 了解是德科技 N6705B 的详细信息，请访问： www.keysight.com/find/n6705 观看 N6705B 的产品应用和演示视频，请访问： http://v.youku.com/v_show/id_XMzU0NTkzMjYw.html?f=18816127  

继电器是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中。 继电器的种类繁多，根据不同的应用要求和工作原理，可以分为电磁继电器、舌簧继电器、时间继电器、极化继电器、光继电器，声继电器，热继电器，仪表式继电器，霍尔效应继电器，差动继电器等。按照继电器的负载大小，可分为微功率继电器、弱功率继电器、**率继电器、大功率继电器。按照不同的继电器控制开关数量，可分为单路或多路继电器。 下面给大家介绍是如何使用 N6705B 实现一个 8 路、大功率、电磁继电器的性能测试。该类型的继电器被广泛的用于地铁、高铁的列车车门等控制系统，日常地铁的车门无法正常开启或关闭的问题多数是由该继电器异常导致的。这种继电器的工作原理如下： 上图中， A ，Ｂ表示继电器的切换位置，在控制线圈不加电时，继电器Ａ端闭合（开关 1-4 导通）；相反，如果线圈加 24V 电压，继电器切换至 B 端闭合（开关 5-8 导通）。 结合以下实际案例，给大家详细的介绍是德科技的 N6705B 直流电源分析仪如何全面地评估这种继电器的性能。 二、 N6705B 如何测试继电器开关性能 近日拜访某地铁维护中心，工作人员透露，该地铁系统中日常使用大量的这种多路继电器，而且经常需要更换，但因为继电器的价格非常昂贵，通常需要数千人民币。客户希望能够准确的评估更换的继电器性能并对继电器进行器件维修，但目前没有非常有效的评估和测试手段。通常都是裸眼观察和凭借自己的经验，如看继电器的触点是否变形，变色，磨损等。如下图中清晰的看到，靠左侧的端子（通道 1 ）表层“镀金层”已经脱落，属于明显性能异常的端子。 结合继电器的指标参数（如上表），以及多路继电器的工作方式，我们初步怀疑继电器失效的 几种可能，并对各种可能进行分析： 1 ） 各组开关的切换功能是否正常，包括能否正常断开或闭合？ 使用万用表测量各个通道开关的在断开和闭合的电阻，没有发现问题。 2 ） 控制信号与开关动作的时延过大？   如上图，使用 N6705B 和两个电源模块，一路给控制信号输出 24V-0V 的交变电压脉冲，另一 路给开关供电，观察控制信号电压与开关的电流波形 通过观察对比 24V 控制信号和各通道的电流信号，从图中发现通道 8 的时延较大 40ms, 超出指 标规定的 22ms ；同时我们还观察到开关闭合时，电流存在较大的抖动现象。 (未完待续）  

在医疗设备行业中 ， 移动和无线医疗设备的应用、种类和数量正在突飞猛进的增长 1 ， 为电池供电医疗设备 （ Battery Powered Medical Devices ， BPMD ） 提供新的、更为精确的耗电量分析方法已经迫在眉睫。   传统方法和测试挑战 常见的 BPMD 耗电量分析方法要求设计工程师集成多个仪器和各种外部电路。通常使用示波器、数字万用表或数字化仪执行测量。这些测试设备通常是双通道，分别测量电压和电流，电流测量时也会借助分流器，同时使用电源或电池对被测医疗设备供电。在测量的时候，需要采取一定手段来控制医疗设备，使其处于不同的工作状态，并控制仪器对电流、电压、功率等数据进行测试、分析和校正。测试的过程可以是手动控制，但更多是将仪器连接到计算机，通过编写软件来控制测试，获得测试结果并进行分析。在被测件每个工作状态下，都会获得一组相关的电压参数和电流波形的文件。设计人员进一步对这些数据进行分析，以确定 BPMD 每个工作状态下的耗电量。 图 1 被测件在休眠状态下电流测量的传统设置   传统方法所获得的信息是非常有限的，而且测量的精度也可能是个大问题。以下列举了其中的几个重要的原因： 1．       示波器、数字化仪等设备测量动态电流，虽然有很高的采样率，但电流测量的精度非常有限，而且还需要借助电流探讨或电流传感器。BPMD在休眠状态的工作电流只有微安极甚至更低，而工作状态的电流可以达到百毫安甚至更高。对如此高的动态范围的工作电流进行表征，示波器或数字化仪加电流传感器的方案显然是无法胜任的。 2．          数字万用表虽然对静态的工作电流有非常高的测量精度，但由于速度很慢，无法快速测量动态的电流，例如BPMD 从休眠模 式下的低电流状态瞬间转换到工作模式下峰值电流工作状态时的信息。 3．          BPMD 耗电量是动态变化的，这使表征工作变得更加复杂。 总之，利用传统的手段只能进行简单的耗电量分析，它无法帮助您深入了解和分析 BPMD 设计，对此进行有效的改进，以便提高可靠性和优化电池使用寿命。   一体化的 解决方案 一体化的 解决方案不止是帮助您节省集成系统的时间和成本， 它更可以提高测量精度，并对测量数据进行全面而细致的分析，无需集成多台仪器和编程。您可以专注于分析更有价值的结果，充满信心地修改设计，以开发出更可靠、更节能的 BPMD 。 新的一台化测量方案采用了配置安捷伦N6781A SMU数字源表模块的安捷伦N6705B直流电源分析仪，在安捷伦14585A耗电量分析软件的辅助下，对 BPMD 耗电量进行精密 和分析。 这套配置是 标准仪器，以大量应用在手机、蓝牙及各种器件的精密耗电分析。它可以同时对被测件提供最高20W的供电，并精确测量电压和电流。这样就构成了供电、电压测量、静态和动态电流测量、功率测量的一体化解决方案，无需外部的设备或电流传感器。 结合测量功能与内置的数据记录仪功能 ， 可以捕获随时间变化的电压、电流和功率。这样不仅可以获得 BPMD 不同工作状态下的工作特性，还能精确计算 BPMD 的电池耗电量（ Ah ）。这种方案极大地简化了 BPMD 耗电量测量与分析。以下这个实例，就是对全球首个 Wi-Fi 血压监测系统（ blip ）进行表征的结果。   图 2 blip 无线血 压 周期 ： 1) 初始睡眠模式 ， 2) 按下测量血压 （ BP ） 按钮 ， 3) 向血压袖带充气 ， 4) 测量血压 ， 5) 将信息传递至 Wi-Fi 模块， 6) 通过 Wi-Fi 把血压测量信息发送至网络 ， 7) 显示血压测量结果 ， 8) 返回睡眠模式。设置游标，捕获完整测量周期内的信息。血压工作过程中值电流为 619mA 。整个周期消耗的电池容量是 2.37mAh 。   安捷伦N6781A SMU 模块 在电流测量时利用了无缝量程切换的专利技术，在以200Ksa/s 的速度采样时，提供高达28bit的有效分辨率。其超高的动态范围允许用户在测量高达 3A 的峰值电流时，同时测量几十微安的睡眠电流，分辨率高达几十纳安（ 图 3a ）。而我们常用的数字万用表中采用的自动量程功能，是根据量程的不同来切换不同的前端衰减，导致测量系统遇到 短时中断 。这样很明显会使 BPMD 的真实功耗失真。 无缝量程切换功能不会给测量带来这种中断干扰 。此外，大多数 自动量程 功能的速度远不足以检测到 短时电流脉冲 ，它可能出现过载或完全错失脉冲事件。假设仅使用一个量程（例如， blip 血压监测仪的 1V 量程、 1Ω 分流电阻）捕获峰值电流同时，还要测量 休眠 电流， 休眠 电流的测量值对于 A/D 本底噪声（ ~30µA ）而言是难以察觉的（ 图 3b ）。与传统方法不同的是，新方法能够精确地测量BPMU在打开执行器和射频传输中的动 态 瞬变 电流 ，从而更好地了解功率及对电池使用寿命的影响。   图 3a 使用无缝量程切换功能的电流测量结果 （ 平均值： 53.7µA ， 峰峰值 ： 5.5µA ） 图 3b 传统方法使用多台仪器加 Excel 的测量结果 （ 平均值：4 0.3µA ， 峰峰值： 87µA ）   图 3 休眠 模式电流测量 （未完待续）   下接： 便携医疗设备耗电分析（下）  

（接上篇） 如果希望从不同的视角更深入分析 BPMD 的功电量 ， 可使用互补累积分布函数 （ CCDF ） 。 CCDF 能够确定在所数据记录中，某部分的耗电量（ 图 4 ）。 X 轴是电流的对数标尺， y 轴是数据记录时间百分比的对数标尺。    假设接近 690mA 的 CCDF 线水平移动 ， 那么峰值电流值会发生变化。同样地，假设接近 30% 时间比的 CCDF 线垂直移动，这意味着 blip 显示其测量结果的时间百分比会发生变化。 CCDF 视图以全新的视角展示了设计中哪些功能的耗电量最大及其耗时，使您能够集中精力改善设计中消耗电量最高的部分。通过对比设计迭代的 CCDF 图形，可以快速验证改进后的效果。 CCDF 工具还可以比较不同的硬件和固化软件版本，您能够记录这些变化对 BPMD 耗电量产生的影响。 CCDF 提供非常有价值的分析和置信度，能够很好地优化您的 BPMD 耗电量。   图 4 互补累积分布函数 ： 1) 休眠模式电流 ， 2) 显示电流 3) 血压测量电流 ， 4) 袖带充气泵工作的峰值电流。 游标显示 7.7% 记录的电流消耗数据超过了 100mA 。    总结 移动和无线医疗设备的应用、种类、功能和数量正在发生翻天覆地的变化 ， 这要求设计人员更深入地了解 BPMD 的电池使用寿命 ， 完成可靠、节能的设计。传统的耗电量测量方法很难满足设计人员深层次地了解产品的耗电特性，无法精确获得动态功耗，也无法评估瞬态 功耗 对电池寿命的影响。而且，传统方法提供的测量结果，也很难为设计人员提供产品改进的线索和依据来优化 BPMD 的电池使用寿命。   借助安捷伦N6705B直流电源分析仪的一体化全新解决方案，设计人员不必再花费数周时间开发一个复杂的 BPMD 耗电量 测量系统。在新的方案中，借助电流的无缝量程切换技术、CCDF的设计分析方法等，是设计人员更轻松、更自信地优化 BPMD 产品，以延长 电池使用寿命。   安捷伦 电池耗电分析一体化解决方案 包 括了 N6705B 直流电源分析仪主机、具备无缝量程切换功能的 N6781A SMU 模块 、 14585A 控制和分析软件（ 图 5 ）。我们用它执行了图 2/3/ 4 中的测量。 图 5 安捷伦 电池耗电分析一体化解决方案 与全球首个 Wi-Fi 血压监测系统 blip   注 ： 1 据报道 ， 病患监护应用设备以 23% 的 复合年增长率 （ CAGR ） 增长 （ 2007-2011 年 ）， 预计仍将保持这一增长速率 ， 并在 2016 年达到 200 亿美元的市场规模 （ Kalorama Information ； 2012 年 7 月 ） 。与此同时，美国医疗器械促进协会（ AAMI ）认定电池管理和使用寿命将成为医院及生物医学部门面临的十大难题之一。为解决电池管理问题， FDA 与 2013 年 7 月召开 电池供电医疗设备（PBMD）研讨会：机遇与挑战 ，旨在提高公众对相关难题的认识，共同开发新的解决方案，以确保医疗设备的持续可靠性。研讨会的目标之一是“推动电池供电医疗设备的设计、制造、测试、系统集成、维护和标准化”。

在上一篇 文章中， 我们简要介绍了 DC/DC 模块效率的测试设置、负载扫描与测量保持同步需满足哪些要求 ， 以及电流负载扫描的类型与设置方法。现在，我将详细为您介绍测试设置、效率计算的设置以及如何显示测试结果。这里采用的仍然是 Agilent N6705B 直流功率分析仪主机，配备 2 个 N 6782A SMU 电源模拟，以及 14585A 控制 软件构成的测试平台。如果您选用的是其它平台，也可以通过本例触类旁通。   图 1 ： 同步测量和效率计算设置   图 1 显示了同步测量、效率计算设置以及测量结果。图中数字对应的文字说明如下： 选择 14585A 的数据记录模式执行测量并显示结果。数据记录模式有一个优势，就是它允许为每个采集点设置测试时间。这有利于通过求平均值抑制噪声和干扰，生成更具代表性、更有价值的测试结果。此处的测试时间是 50 ms 。在 N6705 中，也有内置的电压和电流示波器模式。但在该测试中，需要 10 秒的扫描时间，示波器工作模式并不占优势。 数据记录模式在开始测量时可以同时触发负载电流的扫描 ， 以确保测量同步。 设置作为电源输入的 SMU 电压，及作为负载的 输出端 SMU 电压，并同时对输入、输出电流和功率进行测量 ， 并显示测量结果。计算转换效率时，会同时用到输入功率和输出功率 测量值。 设置执行电流的无缝量程切换功能。在从空载至满载进行负载扫描过程中 ， 该特性可为任意测量点提供恰当的量程，进行高精度电流的测量。 创建公式轨迹 ， 计算转换效率并以百分比显示。注意 ： 使用的是输出功率与输入功率负数比值，因为 SMU （吸收电流负载）的电流和功率读数均为负数。 按下 “ 开始 ” 按钮，启用数据记录测量。测量立即进入 “ 就绪状态 ” ，等待电流负载扫描 带功率的任意波发生器 中的触发信号。然后继续按下 带功率的任意波发生器 的 “ 开始 ” 按钮，扫描结束后将会显示全部测量结果，见图 2 。       图 2 ： DC/DC 转换效率的测试结果 屏幕上显示了输入和输出端所有的电压、电流、功率 ， 以及效率计算结果 （ 粉色轨迹 ） 。为方便查看，可关闭电压和电流轨迹，仅保留功率轨迹和效率轨迹。从图中可以看出，该 DC/DC 模块 的效率极高，甚至在空载时也不例外。需注意，转换器效率在满载 60% 时达到最高，并开始出现较高的电阻损耗 好的，这就是整个测试过程，如此地简单和便捷。当然，如果您已经有了这套设备，就可以马上用起来。如果还没有，那就马上找老板申请银子买一台了。