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O!M!G !讓你尖叫的APS先進電源系統(tǒng)

鉅大LARGE  |  點擊量:1281次  |  2020年03月29日  

今天我們沒有請到OMG先生來推銷Keysight電源,但想借用他的那句尖叫Oh,MyGod!為這樣的一款直流電源代言正確的稱呼是APS先進電源系統(tǒng),AdvancedPowerSystem。


你一定好奇為APS尖叫的理由,就請聽我來說一說:APS第一層意思是AdvancedPowerSupply,Advanced字面翻譯過來可以是高階、高端、領先等,而Keysight將它翻譯成先進。


1何謂高端直流電源?


圖1


高端直流電源,首先必須擁有卓越的性能和指標,如圖1所示,APS具有0.03%的電壓和電流設定及測量精度;低至1mVrms紋波噪聲;0.5mV負載調(diào)整率。


如此近乎理想電源的靜態(tài)指標,可為特種航天、5G、高速數(shù)字通信等產(chǎn)品提供優(yōu)質(zhì)供電。


圖2


其次,高端電源更需要有優(yōu)異的動態(tài)指標,對應的指標有瞬態(tài)響應、電壓上/下編程時間(斜率)。


圖3


瞬態(tài)響應反映的是電源的環(huán)路控制響應能力、評估參數(shù)為在環(huán)路功率(恒壓源的電流)突變時,電源電壓保持能力電流突然增大時的電壓跌落,或電流突然減小時的電壓過沖。圖3為某FPGA0.9V供電電壓下,電流從60A至120A電流突變時,APS電壓瞬態(tài)響應,跌落峰值小于200mV,時間小于100uS。


電壓上/下編程時間,大家也常叫做「電壓斜率」(V/S),為什么直流電源要關心電壓的上升或下降時間呢?如圖4所示,為某車用ECU性能驗證時的供電電壓,電壓斜率越快的電源,具有越高的測試吞吐率。


圖4


以下APS輸出的電壓波形常用于這些測試標準中:


汽車電子的ISO16750、7637


特種車輛28伏直流的GJB-298


飛行電子設備供電特性GJB-181A


圖5


這些直流供電系統(tǒng)中的電壓突變或任意波形,對用于工作環(huán)境惡劣,非理想直流供電的場合異常關鍵。


圖6


歸納一下我心目中的Advanced電源,必須同時具備非常優(yōu)異的靜態(tài)指標和動態(tài)指標!


APS的深一層意思是AdvancedPowerSystem,電源系統(tǒng)!


2又何謂稱之為電源系統(tǒng)?


又何謂稱之為電源系統(tǒng)?系統(tǒng)中通常都是多種儀表硬件或軟件集成,以實現(xiàn)復雜的測試任務!但APS自身就可以實現(xiàn)很多系統(tǒng)級的功能。


如圖7和表1所示,是APS電源具備的大家常用直流電源額外的功能和性能!


圖7


表1


①直流電源給4G,5G基站供電,測量基站各種工作狀態(tài)的電流以及待機電流


圖8


直流電源


萬用表DMM測量待機電流


示波器電流+電流探頭測量工作電流


如果你熟悉4G(LTE)物理層幀結(jié)構(gòu),就會知道4G基站或終端的信號是以無線幀、子幀的形式工作。簡單一點就是產(chǎn)品的工作電流以脈沖形式出現(xiàn),電流測量設備的積分時間必須與無線幀的周期相同,才能獲得準確和穩(wěn)定的測量值。


APS內(nèi)置200Ksa/s,18比特的數(shù)字化儀,可通過數(shù)字化儀獲取原始200Ksa/s的波形數(shù)據(jù),也可以按照測試信號特點,設定測試積分時間(同數(shù)字萬用表的nPLC)。


圖9APSPC分析軟件測量的電流波形和按照4G無線幀周期的面板讀值


14585A捕獲無線基站電流脈沖波形,通過設定電流測量時間,面板顯示2.79A穩(wěn)定的讀數(shù)與波形整周期平均電流一致。


②APS簡單、更接近電池特性的電池仿真器BSS實現(xiàn)


圖10


電池管理系統(tǒng)(BMS)的測試會用到「電池仿真器BSS」(BatterySimulateSystem)。常見的電池仿真器BSS集成一臺直流電源和一臺電子負載,電源代替電池輸出功率,電子負載代替電池吸收功率。


BSS電池模擬器是典型的電壓系統(tǒng):直流電源和電子負載都工作在恒壓(CV)模式下。電子負載的電壓設置要略大于直流電源,在它們之間存在一個電壓差會造成一個死區(qū)電壓,使電池仿真系統(tǒng)無法工作在這個區(qū)域中。


電池放電時,電壓依靠電源電壓來維持;


電池充電時,電壓必須高于直流電源的電壓(為保護直流電源、需使用阻塞二極管),直流電源的輸出截止;同時,電子負載會進入CV的工模式,并將電壓鉗制在略高的電平上。


如圖11左圖所示,是按照上圖集成電源和電子負載的電池仿真器BSS,可以清楚的看到當外部被測件的電流正、負切換時,電池電壓波形異常波動。


圖11


如圖11右圖所示,APS支持電流的雙象限工作,即像鋰電池一樣可以給設備供電,也可以模擬電池充電過程,吸收電流。這種2象限工作模式,相比電源+負載組合方式,可以做到輸出電流和吸收電流的無縫、連續(xù)的切換,正負電流切換也不會導致電壓變化。


圖12


此外,APS在電池仿真器BSS時,還可以模擬電池的內(nèi)阻模擬,電量計(Ahr,Whr)實時測量BSS電量的變化,這些功能在系統(tǒng)集成中非常復雜、甚至難以實現(xiàn)。


圖13


③黑盒子記錄儀(BlackBoxRecorder)


啊,黑盒子!這個只有航天器上才會用到的玩意,APS竟然也支持?


沒錯,安裝黑盒子模塊(選件N7908ABBR)的APS,可在后臺連續(xù)運行,并記錄從電源開機后所有涉及電源操作和測量、觸發(fā)相關的事件。黑盒子記錄BBR可設定24小時,以每秒鐘100次速率;或10天每秒鐘10次的速率記錄,記錄的數(shù)據(jù)可通過APS助手軟件訪問和分析。


圖14


④輸出斷路開關和極性反轉(zhuǎn)


有些系統(tǒng)供電電源在關閉輸出時,需要電源與被測件通過繼電器開關徹底斷開,或者在保持外部接線情況下,更改正、負極性。集成系統(tǒng)時通常使用外部繼電器開關來實現(xiàn),但如果嚴格實現(xiàn)開關動作與電源內(nèi)部動作的同步?外部開關引起的線路電壓補償?APS和KeysightN6700模塊化電源都提供斷路開關選項。


圖15


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