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N7900 APS 先进电源系统及典型应用

作者:angelazhang时间:2015-08-16浏览次数:1932

N7900先进电源系统简介 

• 一台主机可提供多种测试仪表功能:

     - 高性能电源输出或电子负载 

     - 带功率输出的任意波形发生器 

     - 电压、电流示波器 

     - 电压、电流数据采集 

     - 黑匣子记录器(选件) 

     - 可视化软件轻松实现波形捕获和分析(选件) 

• 多种电压、电流组合,能满足不同测试需求

     -7900 系列动态直流电源均包括 1 kW 和 2 kW 两种功率型号,可提供多种电压和电流组合 。 



图1:N7900电源系统的功能


N7900 先进电源系统的四个典型应用案例


一、 瞬态供电电压波动的模拟和仿真 

现实环境中供电总线通常无法保持绝对纯净的DC,特别是在一些极为恶劣条件下工作的设备,如汽车,坦克,飞机,卫星等。但这些设备通常对安全性和稳定性要求极高,得保证100%的无故障。因此,需要在实验室仿真出各种极端甚至异常条件下的设备供电特性,对设备进行充分的测试和验证。

常见的标准包括:GJB-181,GJB-181A,即飞行电子设备供电特性;GJB-298,即军用车辆28伏直流电气系统特性;IEC 61000-4-29,为各种电气与电子设备作电磁兼容性测试;RTCA DO-160F,为机载设备环境条件和试验程序。

                           

图2:恶劣条件下工作的设备

以汽车为例,所有汽车电子设备的供电均来自发动机或电池。而在汽车起步供电时,电池与发动会进行切换,并出现瞬时抛负载效应,即电压值瞬时达到几十伏。因此,所有汽车电子产品都必须能够克服这种瞬态电压异常。

 
图3: 汽车电源系统的基本结构

汽车行业标准 ISO16750,ISO7637 就是针对汽车电子产品提出的工作电压特性要求,所有汽车电子产品都必须能够满足标准中定义的瞬态电压供电要求。以下是常见的电压波形:

              

图4:常见电压波形

APS的任意波形发生器,配合控制软件,可以输出ISO16750标准中的绝大部分瞬态电压波形。


图5:ISO16750标准的瞬态电压波形


二、 移动或便携式大功率电子设备的功耗测量和分析 

背负式电台,远洋气象、洋流监测浮漂,电动汽车用中大功率电器等设备都采用了电池供电,而电池的续航时间对于以上设备来说是非常重要的。据客户反馈,进行一次远洋浮漂维护就需要数十万元! 那么该如何优化电子设备的续航时间?怎样实现精确、快速地测量电子设备的耗电特性,并判断改善效果呢?

                           

图6:各种各样的便携式设备

首先,这些设备都具有以下几个共同的耗电特征,为耗电测试带来了新的挑战。 

• 更高的电流测量精度 

     – 毫安级休眠电流,甚至需要测试 uA级漏电流

• 动态电流变化范围大: 

    – 毫安级休眠电流至数十安培级工作电流 

    – 能连续、准确地测量不同范围的电流

    – 脉冲宽度窄,一般在几百微秒至毫秒级别 

• 采样速率和记录时间 

    – 更快的采样速率,更长的存储深度 

而N7900APS先进电源系统就是针对这类应用而设计的,包括以下特点: 

• 可调节的电池内阻仿真特性 

• 无缝量程技术能实现毫安至数安培的超大量程; 

• 高达200KHz(5us)的电流采样率,精确测量脉冲电流; 

• 可视化电流测试软件,电流测试与操作同步测量; 

• 电压、电流的数据记录仪,可以记录长达1000小时的数据; 


三、电池或电池组的性能测试  

电池是一种特殊形式的储能容器,可以将化学能源与电能进行相互转换,譬如锂电池就可以通过充电,将电能转换为化学能量进行存储;反之,放电时将内部的化学能量转换为电能输出。在实际工作中,精确地测量电池充、放电过程中保存或释放的能量,即电池的充放电容量,以及电池容量与电压区间的分布,往往比较困难。 

                                                             

                     
图7:各类电池


N7900A APS先进电源系统具有以下优异的特性,是电池测试的理想设备。 

• 具备+/-电流能力。即使用同一台设备,在同一种连接方式下,就可以对电池进行充电或放电测试 

• 内置电量测试,能直接获得累积的电量(AHr),精确测试电池的容量 

• 可以长时间记录充放电整个过程中的电量/电压/电流数据 

• 具备电池内阻计算能力,可用于测量电池的交/直流内阻 

• 输出端具备继电器开关,能完全断开与蓄电池的连接 


 
图8:电池的充放电


四、 蓄电池模拟器BSS 

存储能量的“蓄电池”在诸多领域起到了关键作用。在很多蓄电池应用里,电池的安全性与寿命显得尤其重要。而且电池的充、放电状态在使用过程中是随时转变的。如航天器的蓄电池,混合电动汽车、数据中心的UPS等。

                                    


图9:储存能量的蓄电池

蓄电池的安全、寿命等性能高低与电池的充、放电管理好坏有着密切关系。测试和验证电池的管理与控制单元,通常需要综合电池处于各种状态时的性能,如处于低压、高压、过流等状态时的电池情况。 

为了让真实的电池从高压切换到低压,或者从低压切换到高压,必须对其进行完整的充、放电过程,这需要花费大量的等待时间,特别是测试大容量的电池时。真实的电池在进行过压、欠压、过流等测试时,其中尚有未确保工作性能的电池管理电路,所以在使用时还可能存在安全隐患和危险。真实的电池在长期使用后,特性会发生变化,因此很难保持一致性。 

蓄电池仿真系统BSS就是针对上述真实电池的不足而设计的一款特殊电源系统。该系统可用来模拟电池的充、放电特性;电池端电压随充、放电过程的变化;任意初始工作电压、容量的设置;任意容量、电压的电池模拟;无过压、过流甚至短路导致的电池爆炸、泄漏等安全隐患。

图10: 负载与电源的电压、电流关系

蓄电池模拟器系统包括一台或多台N7900系列先进电源系统,还搭配有N7909A功率耗散。如上图所示,具有完全相同的电池充、放电特性。BSS可实现以下电池特征参数的定义:

• 电池工作电压范围;

• 电池电量大小;

• 电池电压和电池电量分布;

• 电池充、放电最大电流限定;

• 电池当前工作电压设定和实时电量监控;

• 电池内阻;

• 电池实时端电压和开路电压监控。


图11:BSS功能操作界面




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