O!M!G !让你尖叫的APS先进电源系统
天不怕,
地不怕,
就怕李网红的OMG!
O M G ! |
看抖音、爱淘宝的你一定知道 OMG 先生,他以5分钟卖出15000支口红的“战绩” 而一战成名。据说最撩拨观众情绪,让许多人不由自主地下单是他的这句话——“我的妈呀!”,“Oh,My God!”
今天我们没有请到OMG先生来推销Keysight电源,但想借用他的那句尖叫“Oh, My God!” 为这样的一款直流电源代言——正确的称呼是APS先进电源系统,Advanced Power System。
你一定好奇为APS尖叫的理由,就请听我来说一说:APS第一层意思是 Advanced Power Supply,Advanced字面翻译过来可以是高阶、高端、领先等,而Keysight将它翻译成先进。
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何谓高端直流电源?
图 1
高端直流电源,首先必须拥有卓越的性能和指标,如图1所示,APS具有0.03%的电压和电流设定及测量精度;低至1mVrms纹波噪声;0.5mV负载调整率。
如此近乎理想电源的静态指标,可为航空航天、5G、高速数字通信等产品提供优质供电。
图 2
其次,高端电源更需要有优异的动态指标,对应的指标有瞬态响应、电压上/下编程时间(斜率)。
图 3
■ 瞬态响应 反映的是电源的环路控制响应能力、评估参数为在环路功率(恒压源的电流)突变时,电源电压保持能力——电流突然增大时的电压跌落,或电流突然减小时的电压过冲。图3为某FPGA 0.9V供电电压下,电流从60A至120A电流突变时,APS电压瞬态响应,跌落峰值小于200mV,时间小于100uS。
■ 电压上/下编程时间,大家也常叫做「电压斜率」(V/S),为什么直流电源要关心电压的上升或下降时间呢?如图4所示,为某车用ECU性能验证时的供电电压,电压斜率越快的电源,具有越高的测试吞吐率。
图 4
以下APS输出的电压波形常用于这些测试标准中:
汽车电子的ISO16750、7637
军用车辆28伏直流的GJB-298
飞行电子设备供电特性GJB-181A
这些直流供电系统中的电压突变或任意波形,对用于工作环境恶劣,非理想直流供电的场合异常关键。
图 6
APS的深一层意思是 Advanced Power System,电源系统!
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又何谓称之为电源系统?
又何谓称之为电源系统?——系统中通常都是多种仪表硬件或软件集成,以实现复杂的测试任务!但APS自身就可以实现很多系统级的功能。
如图7和表1所示,是APS电源具备的大家常用直流电源额外的功能和性能!
图 7
表 1
① 直流电源给4G,5G基站供电,测量基站各种工作状态的电流以及待机电流
图 8
直流电源
万用表DMM测量待机电流
示波器电流+电流探头 测量工作电流
如果你熟悉4G(LTE)物理层帧结构, 就会知道4G基站或终端的信号是以无线帧、子帧的形式工作。简单一点就是产品的工作电流以脉冲形式出现,电流测量设备的积分时间必须与无线帧的周期相同,才能获得准确和稳定的测量值。
APS内置200Ksa/s,18比特的数字化仪,可通过数字化仪获取原始200Ksa/s的波形数据,也可以按照测试信号特点,设定测试积分时间(同数字万用表的 nPLC)。
图 9
APS PC分析软件测量的电流波形和按照4G无线帧周期的面板读值
14585A捕获无线基站电流脉冲波形,通过设定电流测量时间,面板显示2.79A稳定的读数与波形整周期平均电流一致。
② APS简单、更接近电池特性的电池仿真器 BSS实现
图 10
电池管理系统 (BMS) 的测试会用到「电池仿真器BSS」 (Battery Simulate System)。常见的电池仿真器BSS集成一台直流电源和一台电子负载,电源代替电池输出功率,电子负载代替电池吸收功率。
BSS电池模拟器是典型的电压系统:直流电源和电子负载都工作在恒压 (CV) 模式下。电子负载的电压设置要略大于直流电源,在它们之间存在一个电压差会造成一个死区电压,使电池仿真系统无法工作在这个区域中。
电池放电时,电压依靠电源电压来维持;
电池充电时,电压必须高于直流电源的电压(为保护直流电源、需使用阻塞二极管),直流电源的输出截止;同时,电子负载会进入 CV 的工模式,并将电压钳制在略高的电平上。
如图11左图所示,是按照上图集成电源和电子负载的电池仿真器BSS,可以清楚的看到当外部被测件的电流正、负切换时,电池电压波形异常波动。
图 11
如图11右图所示,APS支持电流的双象限工作,即像锂电池一样可以给设备供电,也可以模拟电池充电过程,吸收电流。这种2象限工作模式,相比电源+负载组合方式,可以做到输出电流和吸收电流的无缝、连续的切换,正负电流切换也不会导致电压变化。
图 12
此外,APS在电池仿真器 BSS时,还可以模拟电池的内阻模拟,电量计(Ahr,Whr)实时测量BSS电量的变化,这些功能在系统集成中非常复杂、甚至难以实现。
图 13
③ 黑盒子记录仪(Black Box Recorder)
啊,黑盒子!这个只有航天器上才会用到的玩意,APS竟然也支持?
没错,安装黑盒子模块(选件N7908A BBR)的APS,可在后台连续运行,并记录从电源开机后所有涉及电源操作和测量、触发相关的事件。黑盒子记录BBR可设定24小时,以每秒钟100次速率;或10天每秒钟10次的速率记录,记录的数据可通过APS助手软件访问和分析。
图 14
④ 输出断路开关和极性反转
有些系统供电电源在关闭输出时,需要电源与被测件通过继电器开关彻底断开,或者在保持外部接线情况下,更改正、负极性。集成系统时通常使用外部继电器开关来实现,但如果严格实现开关动作与电源内部动作的同步?外部开关引起的线路电压补偿?APS和Keysight N6700模块化电源都提供断路开关选项。
图 15
限于篇幅有限、APS的更多功能我们就不一一给大家分解了!可以点击下方按钮,下载PDF资料《基于APS电源硬件和 Test Flow软件的电池性能测试BTS及电池模拟器BSS》。
APS 先进电源系统,使用Keysight VersaPower架构,具备前所未有的静态和动态指标、完备的测量和分析功能,满足业界对电源提出的全新挑战,助力工程师面对电源最苛刻的挑战!
N6900/N7900 支持1KW,2KW中等功率,单台最大电流200A,最高电压160V。
高功率的RP7900再生电源系统(全称Regenerative Advanced Power System),单台功能10KW(30KW即将发布),吸收电流采用馈电网式设计,更佳绿色节能和小型化。电压高达2000V,电流800A,为电源行业在高功率领域树立新的标杆!
更多内容,请访问 www.keysight.com/find/APS
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