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【可編程模組量測,實現應用的「細緻差異化」】
日常生活中,小至手機、大到電動交通工具都曾傳出電池安全疑慮;這多半是因驗證過於倉促草率、不夠完整嚴謹之故。鋰電池由於電解質有機溶劑易燃、易爆,本就容易發生意外,電池管理系統 (BMS) 的保護機制十分重要,量測上有三大要點:過充測試、過放測試與外部短路模擬。手機鋰電池的正常工作電壓約在 3.2V ~ 4.2V,若過充電能轉成熱能有熱爆危險,但過放、電壓小於 3V 亦須立即切斷電路,否則將破壞電池化學物質排列、導致電量減少而造成永久傷害。
一旦外部出現瞬間短路亦須斷電,以免電池的充放電狀況失控。此外,電池老化會引起內阻升高、將釋放出的電能轉換成熱能,使裝置機體發熱,更需注意 BMS 溫度的檢測控管。大功率的電動車/油電混合車或航空載具在完成商品化後,還需進一步結合電子控制單元 (ECU) 和油電系統進行「硬體迴路」(HIL) 對各種使用情境的嚴格測試,確保符合安全性及各種工業標準才能正式量產。然而,傳統手動實機測試很難得到完整測試資料,有些場景更不容許實境演練。
相較於箱型機台 (standalone) 外加選配的量測方式,開放模組儀器較具彈性優勢,將測試選擇權 (option) 直接保留給客戶;透過開放式介面和簡單的基礎編程語言,軟體工程師能隨心所欲建構高度客製化的量測範本,「一以貫之」所有工作環節——不論是研發實驗「一致性」(Compliance) 驗證或產線測試皆適用,不須煞費苦心做資料轉檔和相關性分析。
欲掌握暫態響應、改善電路設計,速度一定要夠快,卻不能因此失真。如何定義邊緣規格是關鍵!模組化加上「可編程」的量測工具,可讓用戶依個別需求、客製化無窮多種的暫態參數組合與各種負載的待測物達到最佳匹配;與只能使用儀器預先設定好的幾組參數微調量測內容相比,系統商更能細緻化展現應用開發的差異性,例如:I-V 的拉升和定值時序。
延伸閱讀:
《NI:驗證不嚴謹乃危害電源系統之禍源》
http://compotechasia.com/a/____/2016/1114/34036.html
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【最熟悉的新朋友:Multi- function 量測儀器】
凡是泛電子工程人員或學員,相信對示波器 (Oscilloscope) 都不陌生吧?不過呢!有沒發現電子產品功能越來越多,只量測單一面向鐵定不夠;要用不同「傢俬」逐一檢測,又不知要拖至何年何月!另一方面,使用者想要的是自行選購符合實際所需的測試項目 (包括軟體在內)。於是,即使基礎如示波器,也開始朝多功能 (Multi- function) 發展;將類比、數位、射頻訊號量測等合而為一的「混合訊號示波器」(MSO),便是在此背景下興起的產物。
具備完整協定知識庫的圖形化軟體——特別是能涵蓋「從研發到生產驗證」所有測試標準的那種,加上友善的使用者介面 (UI),讓用戶不必深究細部協定規格就能操作;既享有模組化產品好處,又不必苦學編程技能,只需動手勾選測試主題即可,確能為繁複的量測工作省下不少寶貴時間。此外,一般電表無法量測奈米電流的細微電量,有兩種解決途徑:一是土法煉鋼,讓機器跑一段時間再取平均值,耗時耗力;二是將電流對時間積分再量測累計的庫倫 (Coulomb,符號 C)。
後者顯然較具效率,但前提是須精準量測電流變化才能推估;為抓到轉瞬即逝的暫態反應,示波器的解析度非常重要。再者,一般電源供應器當負載電流瞬間暴衝時,電壓位準會被瞬間拉低且回復時間長,將造成大電流動態的產品會因電壓下降而無法繼續正常運作。因此,比照電池般快速反應動態、兼顧輸出與負載的高速電源供應器便應運而生。對於需要穩定電壓的生產測試或電源管理晶片 (PMIC) 的功能驗證,可排除電池的不確定性與耗時的充放電時間等待。
延伸閱讀:
《Tektronix:精準量測電流變化才能正確推估電量》
http://compotechasia.com/a/____/2016/1114/34040.html
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#電源設計 #電源管理晶片PMIC #物聯網IoT #奈米電流 #無線醫療裝置
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【IoT 連網裝置電流變動大,如何捕獲一閃而過的致命缺失?】
在額定電壓下,物聯網 (IoT) 裝置的模組間工作電流往往得錙銖必較,以「奈米」尺度做計算,才能符合低雜訊、低功耗需求 (P=I x V,功率為電流、電壓乘積);這意謂裝置在設計上除了減少電流消耗,也要顧及實際應用細節。以無線醫療裝置為例,因電池供電有限,又需透過藍芽與智慧手機配對連結,電量掌握與數值讀取格外重要;確保使用者能如常追蹤生理資訊,供醫師作為診療參考或在數據出現異常時自動上傳。同時,了解電力消耗情況和剩餘電量,知道何時該充電。
電池供電的裝置多會採用電源管理方案來節能,而等待逾時 (wait for timeout) 和休眠、待機的時間點拿捏、裝置的靈活使用效率與電池續航力息息相關。對開發人員來說,利用示波器長時間記錄電流變化,累積時間與電流資料做積分、模擬耗電情境,找出電流波動的峰值極限 (Peak limit) 是關鍵。若運作中的電流超出可輸出的容量太多,裝置的電力很快就會耗盡;而如何分析電流在實際情境下的脈衝、減少超標峰值出現機率、降低充放循環等,都有賴精確量測儀器做輔助。
一般分流器 (Shunt) 搭配資料擷取 (DAQ) 設備是最常見的簡易量測方式,但使用分流器做電流轉換的峰值電壓容易出界,即使是一般直流電源,待測物的暫態電壓亦可能超出範圍;須花費很多心力去選用不同的分流器、長時間記錄,並做編程和數據誤差修正——傳統測試設備大都有固定偏移誤差,會限制電池的電流量測抽載訊號的表現。偏偏 IoT 連網裝置的動態範圍很大,連網瞬間的電流會急升至安培 (A) 等級,休眠時又回落至奈米安培 (nA)……
一般示波器偵測到 100 微安培 (μA) 已是極限,且縱軸電流解析度只有 8~10 位元;加上選擇適當分流以量測到極低電流,並在高電流下耐受負擔電壓幾乎不可能,記錄時間又不夠長,根本不足以應對!於是,直流電源分析儀、電池模擬器、元件電流波形分析儀等改良式量測工具相繼出籠;另為補強電源量測單元 (SMU) 僅能模擬靜態狀況、無法捕捉曇花一現的瞬間波動之憾,可借助「電源供應器」(Power Supply) 動態模擬電池行為,再經由電流—電壓對照表換算電量。
延伸閱讀:
《Keysight:電路設計、工作模式與電池充放循環影響甚鉅》
http://compotechasia.com/a/____/2016/1114/34041.html
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電源量測單元smu 在 高精準電源量測單元MODEL 52400 系列- YouTube 的推薦與評價
產品詳細訊息, 請見:http://www.chroma.com.tw/product/smu_source_measure_unit_52400series.htm5 2 4 0 0 系列 電源量測單元 ( SMU , ... ... <看更多>