如何加速電源管理單元測試

隨著越來越多的電子設(shè)備由電池供電，設(shè)計和測試電源管理單元 (PMU) 或電源管理IC (PMIC) 是產(chǎn)品開發(fā)過程中非常重要的步驟。PMU/PMIC是管理電池的電子設(shè)備中的模塊。測試PMU/PMIC對于確保產(chǎn)品在電池處于不同的充電狀態(tài)、不同的安培小時容量級別和不同的電池阻抗時正常工作至關(guān)重要。還必須對PMU/PMIC進(jìn)行測試，以確保其充電/放電功能正常工作，并且不會因過度充電或過度放電而損壞電池。

圖1. PMU/PMIC是電池供電設(shè)備中的關(guān)鍵電池管理組件。

傳統(tǒng)測試方法1: 使用真實電池

傳統(tǒng)上，測試被測設(shè)備 (DUT) 在電池處于不同狀態(tài)時如何工作需要將DUT連接到真實電池。在假設(shè)電池的開路電壓 (Voc) 以線性關(guān)系精確地對應(yīng)于電池容量的情況下進(jìn)行測試。例如，如果Voc改變0.1%，則容量將改變0.1% 或恒定因子x 0.1%。但是，實際電池并非如此，并且可能導(dǎo)致嚴(yán)重的錯誤，因為來自不同制造商的電池，甚至來自同一制造商的不同批次的電池的性能都不同。此外，對真正的電池進(jìn)行充電或放電可能需要數(shù)小時，并且結(jié)果仍然非常不準(zhǔn)確。例如，要測量實際電池的充電截止電壓，需要將電池連接到充電器，然后等待幾個小時以使電池充滿電。

傳統(tǒng)測試方法2: 使用正常電源

通用電源也可用于測試，但會導(dǎo)致以下缺陷:

通用電源無法模擬電池電阻。

通用電源不能足夠快地響應(yīng)電流變化，這可能導(dǎo)致不穩(wěn)定的輸出電壓，從而導(dǎo)致可能的DUT損壞。

用Keithley 2281s動態(tài)模擬電池

盡管已經(jīng)引入了許多電池模擬器來解決這些問題，但是大多數(shù)電池模擬器僅能夠在固定條件下而不是動態(tài)地模擬電池。

但是，Keithley 2281s電池模擬器可以基于真實電池生成電池模型或基于真實數(shù)據(jù)導(dǎo)入電池模型。電池型號可以保存為a。中表示的CSV文件表1。

表1.Keithley 2281s可以基于真實電池生成電池模型，然后將數(shù)據(jù)保存到a。CSV文件。

此外，可以在計算機上編輯電池模型，并輕松導(dǎo)入到2281s中。在電池測試功能中，選擇菜單-> 查看-> 模型，然后選擇要從USB驅(qū)動器導(dǎo)入的模型，如圖2。

圖2.在2281s電池測試模式下打開電池模型。

2281s可以根據(jù)電池模型實時模擬電池。在表1中，充電狀態(tài) (SOC) 表示以百分比表示的容量，其中100% 表示電池是滿的，并且0% 表示電池是空的。Voc表示電池的開路電壓，ESR表示電池電阻。精細(xì)電池模型包含101個數(shù)據(jù)點，覆蓋從0% 到100% 的SOC，并且還提供具有11個點的粗略模型。

在電池模擬期間，2281s顯示Voc和電池的實時電阻，如圖3所示。

圖3.在電池模擬模式下使用2281s加載電池模型。

電池可以設(shè)置為任何SOC或Voc測試前的狀態(tài)。例如，圖4示出了電池SOC被設(shè)置為22%，并且Voc和ESR的值在SOC設(shè)置處改變?yōu)樗鼈兊膶?yīng)值。Voc也可以在測試之前設(shè)置為其范圍內(nèi)的任何值。

圖4.在電池模擬模式下啟動電池狀態(tài)。

為了減少測試時間，可以降低電池容量以減少充電/放電時間。例如，初始SOC為22%，實際電池容量為2000 mAh，進(jìn)行測試以確定電池供電的手機將關(guān)閉的時間點可能需要數(shù)小時。但是，當(dāng)電池容量設(shè)置為100 mah時，手機或另一個DUT只需幾分鐘即可關(guān)閉，從而可以測量電池的SOC和Voc。

如圖5的頂部屏幕截圖所示，將電池容量設(shè)置為100 mAh。在此示例中，當(dāng)SOC降至11.75% 且Voc降至3.9945v時，PMU芯片將關(guān)閉手機，如底部屏幕截圖所示。

圖5.修改電池容量以加速充電/放電測試。

此外，2281s電池模擬器可以吸收高達(dá)1 a的電流，因此也可以在電池充電周期內(nèi)對PMU/PMIC進(jìn)行測試。此外，當(dāng)DUT的PMU停止充電循環(huán)時，可以測量電池SOC和Voc。

此外，2281s電池模擬器支持兩種模擬模式: 動態(tài)和靜態(tài)。可以通過在主屏幕的軟鍵區(qū)域中選擇方法來改變模式，如圖6所示。在靜態(tài)模式下，可以在SOC和Voc的固定點處執(zhí)行測試。

圖6.電池仿真中的動態(tài)和靜態(tài)模式。

在主屏幕的右側(cè)，實際終端電壓 (Vt) 的電池用淺藍(lán)色表示，Voc用較深的藍(lán)色表示。這兩個值的關(guān)系如方程V所示t= Voc-R * I其中R表示電池電阻 (ESR)，I表示充電/放電電流。I的值在放電期間為正，在充電期間為負(fù)。因此，V的值t隨負(fù)載電流變化而變化。

如果2281s通過四線遠(yuǎn)程感測連接連接到DUT，則遠(yuǎn)程感測補償由于測試引線電阻引起的電壓降。但是，如果2281s通過雙線連接連接到DUT，由于測試引線電阻導(dǎo)致的電壓下降將導(dǎo)致DUT處的電壓不同于2281s輸出端子Vt處的電壓。在這種情況下，可以通過選擇菜單-> 電池-> 設(shè)置來設(shè)置電阻偏移。例如，圖7顯示了設(shè)置為-20 m Ω 的電阻偏移，以抵消測試引線電阻。

結(jié)論

Keithley 2281s電池模擬器和精密直流電源使用戶能夠:

設(shè)置定制的電池模型并將其導(dǎo)入到2281s以模擬真實的電池；

根據(jù)試驗要求，在試驗前將電池狀態(tài)SOC、Voc、ESR設(shè)定在其范圍內(nèi)的任意值；

在試驗過程中修改SOC、Voc、試驗?zāi)Ｊ胶蚷-limit；

降低電池容量以提高測試效率

此外，可以使用2281s進(jìn)行電池測試，以測量容量和電阻并生成電池模型。

使用2281s等電池模擬器，可以高效快速地對PMU/PMIC進(jìn)行全面測試。