如何通过源测量单元进行电池测试？

罗德与施瓦茨（Rohde＆Schwarz）推出了R＆S NGU系列源测量单元（SMU）。罗德与施瓦茨公司通过提供R＆S NGU201和R＆S NGU401这两个新的SMU，通过提供能够同时进行电流和电压生成和测量的产品，进入了一个新市场。这是一类仪器，可以同时在良好控制的模式下输出电压或电流，并测量被测设备上电压和电流值的对应关系。四象限R＆S NGU201以无线设备的电池测试为目标，而四象限R＆S NGU401可以切换到负电压并支持更大的电压范围。

罗德与施瓦茨公司电力产品，仪表，信号​​源和音频分析仪的产品管理和规划主管Philipp Weigell在接受《电力电子新闻》采访时，着重介绍了新产品系列，以应对电池应用中典型的可变负载条件。新的R＆S NGU产品具有控制反馈，可提供少于30μs的恢复时间，并具有最小的过冲。Weigell说：“因此，我们将进入源计量单位市场，我们估计该市场约为10亿美元的四分之一。”

源度量单位

SMU是在同一引脚或连接器上结合了信号生成功能和测量功能的仪器。它可以产生电压或电流并同时测量它们，从而有效地涵盖了电源或波形发生器，数字万用表，电流源和电子负载的功能。

SMU仪器用于测试系统中以测量电压和电流。它们具有图形界面，多种计算选项和系统总线（如GPIB，以太网和USB），能够根据可变电压（或电流）对电流（或电压）进行快速测量。

图1：R＆S NGU401的接口（来源：Rohde＆Schwarz）。R＆S NGU201具有一个附加的可选数字电压表，而不是调制输入。

SMU可以表征许多半导体，尤其是可以准确测量IV参数和光伏电池或LED二极管的特性，包括短路电流，开路电压和最大功率点。半导体表征是要求电流灵敏度在纳安或微安范围内的应用示例。另外，对更高精度，高速，远程电压感测和四象限测量的需求可能会使传统的可编程电源不足。

SMU仪器是一种精密源元件，提供小于1 mV的测量分辨率。它们在IV平面上具有四象限输出，这意味着它们可以提供正电压和电流（象限1），负电压和正电流（象限2），负电压和负电流（象限3），或者正电压和负电流（第4个象限）。

新解决方案

现代电路在不同的工作状态下需要不同水平的电压和/或电流。例如，模拟嵌入式系统的启动顺序需要特定的电压和电流曲线。轮廓分析对于优化电流消耗至关重要。

R＆S NGU SMU包括六个电流范围，从100 µA分辨率的10 µA到10 µA分辨率的10A。对于所有范围，精度都可低至0.025％。在20V范围内以10 µV的分辨率测量电压，在6V范围内以1 µV的分辨率测量电压。R＆S NGU具有可变电容模式，可以在1 µF至470 µF的范围内逐步调整，以补偿电容，以便显示电流，就好像直接在被测设备上测量的一样。支持高达20 V，8 A和60 W的设备。

图2：R＆S NGU401（来源：Rohde＆Schwarz）

图3：带电池的电池原理图示例（来源：Rohde＆Schwarz）

四象限的R＆S NGU401可用于半导体测试。它提供–20 V至20 V范围内的测量。它包括快速电流调节模式，以避免损坏诸如LED之类的敏感设备。专用输出使仪器成为模拟毛刺的交流电源。

两象限的R＆S NGU201已针对一系列IoT设备的电池性能分析进行了优化。设计人员可以使用它来模拟现实世界的电池特性。该仪器的最大电流为8 A，还支持快速充电应用。

Weigell强调了模拟和测试可充电电池以在便携式设备中提供更好性能的关键。过度充电和过度放电会缩短电池寿命，并可能引发诸如过热之类的热问题。“许多电池是通过将许多电池并联而制成的，”魏格尔说。“在这些情况下，控制充电状态至关重要。不同的值可能会限制电池的整体容量。因此，测试监视和控制电池状态的电池管理系统至关重要。测试必须模拟操作过程中可能发生的所有情况。要定义电池型号，可以在预定义表中输入电池数据。R＆S NGU电源可模拟电池的实际输出性能。”

每秒高达500 ksamples的采集速率，每2 µs可获得一次电压和电流结果。R＆S NGU使用电流反馈放大器技术来提供高精度，如图4所示。

图4：精度和动态范围（来源：罗德与施瓦茨）

电池寿命是可以为便携式设备提供较长使用寿命的制胜法宝。高动态范围（nA至A），时间分辨率（状态开关）和不同电池的仿真是典型仪器必须具备的主要功能。

“典型的电源会调节电压，因此，如果调节电压，电流会上升，并可能损坏您的LED，” Weigell说。“因此，从本质上讲，您需要的是在电流优先模式下根据电流进行调节的电源。这也是您在SMU中也会发现的东西。”

近年来，对更节能，环保产品的需求不断增长，已帮助振兴了功率半导体行业。SMU可以表征许多半导体，并且将在汽车和移动市场中为表征电池找到一席之地，而电池则变得越来越重要。

编辑：hfy