使用精密测量电源进行内阻测试和电容量测试

　　背景介绍

　　精密测量电源在提供稳定供电之余，还可以进行高精度的电压电流测量，因此可以用于完成多种相关参数的测试。以吉时利PMS 2280S精密测量电源为例，它可以在供电过程中对电压、电流数据进行高速连续采集，通过网络接口进行连续的数据回传。因此，使用者可以根据需要，对采集到的数据进行复杂处理，得到最终所需要的结果。这些处理可以包括乘、除运算得到功率或电阻信息，或者在时间轴进行积分，得到电量信息，甚至根据记录下来的充放电斜率，计算超级电容的电容量。

　　使用2280S 测量产品功率或内阻

　　工作状态下的产品内阻或直流功耗经常是客户关心的一项指标，以LED客户为例，其二极管导通、截至特性是衡量LED性能的重要指标。另外，LED的寿命和可靠性与LED的节点温度有密切的关系，而节点由于封装原因，其温度很难通过直接测量的手段获取。为表征LED的发热性能，通常使用热阻作为参数描述这一特性。而热阻的计算公式，也与电压，电流测量有直接的关系。

　　同样，继电器生产厂商也会测量继电器在导通状态下的内阻阻值，更小的内阻意味着更低的功率损耗和更长的工作寿命。在这些测试中，高精度的电压电流测试，以及稳定的直流供电都是工作条件下内阻测试的先决条件。

　　传统LED客户的内阻测试要求使用性能良好的电流源进行供电，并配合以高精度AD板卡或万用表采集电压。两台设备的连接相对复杂，总成本较高。PMS 2280S电源可以工作在恒流模式（CC mode），成为性能良好的电流源，同时，其内置6.5位数字万用表，在电压，电流测试时具备独特的优势，其电流测量精度可以达到微安级，分辨率高达10纳安，电压测量精度为毫伏级，分辨率为0.1mV。回读电压、电流读数后，经过R = V/I的计算，就可以得到内阻数据。打开LXI网页界面上的Data logging功能，还可以对电压，电流数据进行长时间连续采集，有利于监测工作条件下的内阻随时间的变化。

　　另外一个在内阻测量时经常遇到的问题，是线电阻的影响。通常导通电阻阻值较小，使用V/I直接计算电阻时，电源的测量结果会把连接线上的线电阻计入在内，造成测量误差。对PMS 2280S电源，我们在电源后面板提供了四线连接方式。通过四线连接的供电方式，可以把电源回读的电压和电流值定位在待测件的输入端，而不是电源的输出端，这样可以完全消除线电阻的影响，测量到的内阻阻值更加精确，连接如下图所示。

　　图1 2280S 四线远端连接

　　另外电源内置的Auto Zero（自归零）功能可以在每次电压或电流测量前，进行一次快速的自校准。测量由于内部热偏置或者残余电量累计造成的偏差，并在下一次测量中自动消除，进一步提高测量精度。

　　PMS2280S只能输出正相电源，当测试中需要为待测件施加反向电压时，我们可以使用外接的开关电路切换正负极实现反向电压。PMS 2280S输出正负端均与地隔离，因此正负极反向连接就可以实现输出负电压的功能。外界MOSFET或继电器开关的通断可以由PMS2280S后面板的数字IO接口控制，通过指令设置高低电平即可控制开关的通断操作。开关的供电可由后面板的USB接口提供（如供电电流小于2mA，亦可使用数字IO口提供供电）。

　　使用2280S 测量锂离子电池的电量

　　随着电子产品功能的增强，电池容量也在不断增加，如何能准确了解电池容量成为电池测试的一项重要任务。电池电量的描述通常使用安时或瓦特时作为单位，表示从电池放空到充满的过程中进入电池的总电量。计算电池充电或放电电量，需要对电池的充放电电流或功率进行积分计算，其计算公式如下所示：

　　电池总容量 ，其中t为充电（放电）时间，I为充电（放电）电流

　　电池总容量 ，　其中I是采样电流值， ?t是采样间隔

　　当使用测试仪表进行电量测试时，由于电流的采样点是离散的，我们将计算公式转化为：

　　这里要求测量仪表能精确记录充电或放电电流，并保证较高的连续采样率，同时可以将整个充放电过程的全部数据完整记录下来，才能确保计算结果足够准确。

　　PMS 2280S的数据记录功能可以提供最高3000次每秒的电压或电流采样率。并可以通过LAN接口将数据连续回传到电脑端。用户可以长时间对数据进行记录，并将所有数据导出到Excel表格中进行后续分析。下图是2280S为锂离子电池充电的电压电流曲线图，电池电压从11.8V充到12.6V，电流以2A开始充电，下降至20mA以下时充电结束。

　　图2 2280S 电池充电曲线

　　当进行安时计算时，只需将电池与电源相连接，设置好充电的截至电压（Vset），以及充电电流（Iset），此时电源将自动开始为电池充。初始阶段采用恒流充电（CC 模式），当电压上升到充电截至电压时，将自动转入恒压充电（CV 模式），直到电流减小到接近0为止。

　　除了对电池进行充电测试外，PMS 2280S还可以为电池进行放电测试。放电时由于电压电流均不可控，电源将以最大能力吸收电流（约为-450mA），并对放电过程中的电压和电流值进行连续记录。

　　充放电过程中的电压电流数据都可以通过电脑端进行连续记录，用户不需要编写任何软件。在电脑端的网页浏览器上输出电源的IP地址，选择屏幕左下角的Data logging功能后，使用仪表内置的网页界面就可以完成全部数据的记录。电池的充电或放电总量也会以毫安时的形式自动显示出来，如下图所示：

　　图3 2280S data logging界面