N7900 APS 先进电源系统及典型应用

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