电池及充电装置的测试和验证  内容摘要： 随着电子产品性能的不断提升，对其供电电源的要求，如稳定性、精度、噪声、寿命及节能环保等性能指标提出了更高的要求。在该专题中，我们将就电源的一些关键性能测量的棘手问题，展示安捷伦的测试解决方案，如元器件及开关特性、噪声和纹波仿真和抑制、EMC电磁辐射预一致性测试等等。

内容安排 电池及充电管理介绍 安捷伦电池及充电装置的测试方案 安捷伦电源测试 明星测试仪表 典型的电池供电设备及应用 电池的特性及充放电的管理 安捷伦电池及充电装置的测试方案 电源 在电池及电池管理 测试上的应用 示波器实现开关电源的测试 电磁预兼容的测试 安捷伦电源测试 明星测试仪表

2.03亿台 17亿部 消费电子产品 统计数据表明，2013年，全球PC出货量接近 2013年，预计平板电脑出货量为： 2.93亿台 预计2017年，智能手机 出货量将达到了 17亿部 2013年全球数码相机出货量预计1亿台

电动交通工具

UPS不间断电源

绿色能源-光伏、风能

电动工具

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锂电池的组成及定义 电池主要由 电芯，控制保护电路，外壳引线等组成。主流的电芯都是日韩企业提供，包括 三洋、松下、索尼、比克等。 PTC是Positive temperature coefficient的缩写。正温度系数电阻，温度越高，阻值越大，可以防止电池高温放电和不安全的大电流的发生，即过流保护作用。 NTC是Negative temperature coefficient的缩写。负温度系数电阻，在环境温度升高时，其阻值降低，使用电设备或充电设备及时反应、控制内部中断而停止充放电。 电池主要由 电芯，控制保护电路，外壳引线等组成。主流的电芯都是日韩企业提供，包括 三洋、松下、索尼、比克等。

锂离子电池的工作原理 充电时，锂离子从正极层状物的晶格脱出，通过电解液迁移到层状物负极表面后嵌入到石墨材料晶格中，同时剩余电子从外电路到达负极。 放电则相反，锂离子从石墨晶格中脱出，回到正极氧化物的晶格中。 由于LixCx非常活跃，可以和水发生反应。故电解质选用可溶于有机溶剂的锂盐。但这个使得锂电池相比镍铬、镍氢电池的内阻要大很多。

锂电池的负极枝晶效应 在充电的过程中，Li+从正极LiCoO2中脱出，进入电解液，在充电器附加的外电场作用下向负极移动，依次进入石墨或焦炭C组成的负极，在那儿形成LiC化合物。 如果充电速度过快，会使得Li+来不及进入负极栅格，在负极附近的电解液中就会聚集Li+，这些靠近碳C负极的Li+很可能从负极俘获一个电子成为金属Li。持续的金属锂生成会在负极附近堆积、长大成树枝状的晶体，俗称枝晶。 随着负极的充满程度越高，LiC晶格留下的空格越少，从正极移动过来的Li+找到空格的机会就困难，时间就越长。如果充电速度不变的话，一样可能在负极表面形成局部的Li+堆积。因此，在充电的后半段必须逐步缩小充电电流。 枝晶的长大会刺破正负级之间的隔膜，形成短路。可以想象： 充电的速度越快越危险； 充电终止的电压越高也就越危险 充电的时间越长也越危险。 因此，充电控制和管理对锂电池尤为重要。

锂电池的电压区域划分 由前所述，锂离子电池的电压过高或者过低都会影响锂电池的正常使用，甚至发生燃烧、爆炸等造成严重的后果。 根据锂电池的特性，一般将锂离子电池电压的划分为以下几个区域，不同的电芯制造商虽有区别，但区别不大。 ===================== 高压危险区 ---------------保护线路过充保护电压(4.275~4.35V) 高压警戒区 ---------------锂离子电池充电限制电压4.20V 正常使用区 ---------------锂离子电池放电终止电压(2.75~3.00V) 低压警戒区 ---------------保护线路过放保护电压(2.3~2.5V) 低压危险区

锂电池的控制保护电路 正常充电时，P+,P-端接充电器。MOS开关T2打开，T1关闭。充电电流回路为：P+>>B+>>B->>D2>>T1>>P-。 正常放电时，P+,P-端接用电设备，如手机。T1打开，T2关闭。放电回路为： B+>>P+>>P->>D1>>T2>>B-。

锂电池的控制保护电路异常控制 随着充电的进行，电池电量及电压不断上升，如果不及时控制就可能进入高压警戒区，甚至危险区。 保护电路就需要准确的监测电池的电压，当进入警戒区时及时打开充电回路开关T1，切断充电回路。 反之，随着放电的进行，电池电量及电压不断下降，如果不及时控制就可能进入低压警戒区和危险区。 保护电路就需要准确的监测电池的电压，当进入警戒区时及时打开充电回路开关T2，切断放电回路。

锂离子电池充电的几个基本原则 左图就是一个典型的充电示意，实线代表电流变化，虚线代表电压变化 电流必须 瞬时值<5C， 平均值<1.2C 以上值和电极表面积、电解质、温度有关，不同制造商略有不同 充电电压都不能超过4.275，考虑到制造误差和温度漂移，一般充电电压设定不超过4.2V 充电终止后不能接受涓流充电 电压到达4.2V后充电必须在几个小时内完成，不能任意延长。 违背上述原则都将产生“枝晶效应”，长期反复地违背这些规则，将会对电池的寿命产生极大的影响，甚至有安全问题 据不完全统计，美国每年有70起手机锂离子电池的爆炸事故 左图就是一个典型的充电示意，实线代表电流变化，虚线代表电压变化

电芯和成品电池的测试要求 开路电压 交流内阻 充电容量 放电容量 充、放电循环寿命

电池保护电路的测试要求 保护功能及性能验证 保护电路对电池性能的影响 充电过充保护电压精度及响应时间 过充保护撤销恢复及响应时间 放电过放保护电压精度及响应时间 过放保护撤销恢复及响应时间 充电过流保护及响应时间 放电过电流保护及响应时间 短路保护测试 保护电路对电池性能的影响 待机空耗电流 保护电路的电阻

内容安排 电池及充电管理介绍 安捷伦电池及充电装置的测试方案 安捷伦电源测试 明星测试仪表 电源 在电池及电池管理 测试上的应用 典型的电池供电设备及应用 电池的特性及充放电的管理 安捷伦电池及充电装置的测试方案 电源 在电池及电池管理 测试上的应用 示波器实现开关电源的测试 电磁预兼容的测试 安捷伦电源测试 明星测试仪表

短时间内快速详细的掌握在各种情况下DUT的工作情况 而不需要写一行代码! 安捷伦独特的解决方案——N6705B 直流分析仪 单台仪器中整合多种测试仪器的功能， 为研发工程师大幅度提高工作效率 1 至 4 路高性能电源/负载 数字电压表和电流表 带功率输出的任意波形发生器 示波器 数据采集 所有的测量和功能都能通过前面板实现 短时间内快速详细的掌握在各种情况下DUT的工作情况 而不需要写一行代码!

N6705B进行电芯/成品电池容量测试 （1） 用作电源或负载直接给电池充、放电，测试容量 PC安装14585A软件进行电压、电流随时间变化，并直接显示容量值 软件支持最大999小时长时间记录，且可进行任意区域放大，缩小和分析功能。

N6705B进行电芯/成品电池容量测试 （2） 最真实的电池容量 用真实的充电器、手机给电池充电,作为电压，电流表测试充电容量 测试连接框图 手机充电与直接用电源充电的充电模型完全不同，最真实的反映电池容量。 与任何其他方式不同，N6705B的电流表做到0V压降，不对电池电压产生任何影响。

N6705B进行电芯/成品电池容量测试 （3） 用真实手机对电池放电,作为电压，电流表测试放电容量 我们可以得到: 结论： 功率 我们可以得到: 平均电流 = 233 mA 平均电压 = 3.82 V 放电容量 = 843 mA-h 放电能量 = 3.19 W-h 时间 = 3 hr 38 min 关机电压 = 3.44 V 结论： 放电量 (843 mA-h) 小于电池指标(1000 mA-h) 关机电压高于预期 (期望3V)

电池保护电路板测试的挑战 保护电路测试项目众多，而且无论B+,B-端，还是P+,P-端都具有“双向性”，即输出电流和吸收电流。通常都需要多台电源，电子负载，示波器，程控开关等组合完成，测试系统连接框图如右图所示。 对测试设备的精度要求极高，如过充电压保护测试，需要模拟电芯的电压精度到达几个mV。因此，4V电压时，1mV相当于0.025%. 同样，保护电路板的空耗电流也仅有几个uA，通常需要用万用表测试。 保护电路板的电阻也只有几个或几十毫欧，对测试设备也提出很高的要求。

安捷伦单台N67xx电源实现电池保护电路板测试 充电过充保护电压精度及响应时间 过充保护撤销恢复及响应时间 放电过放保护电压精度及响应时间 过放保护撤销恢复及响应时间 充电过流保护及响应时间 放电过电流保护及响应时间 待机空耗电流 保护电路的电阻 1至4通道 支持电流输出和吸收 电压，电流任意波形输出 支持电压，电流快速采样

充电过压保护电压及响应时间，保护撤销电池电压及响应时间 使用N6705B的任意波发生器功能，通道1模拟电池电压的上升和下降序列，检测电流变化，使用示波器功能同时记录电压电流变化，即可测试(结果如图)： 电池过充电保护的电压值（4.30V）； 电池过充电保护的响应时间（1.15S）； 电池过充电保护撤销的电压值(4.10V)； 电池过充电保护撤销的响应时间(17mS)。

放电欠压保护电压及响应时间，保护撤销电池电压及响应时间 通道1模拟电池电压的下降和上升序列，检测电流变化，使用示波器功能同时记录电压电流变化，即可测试(结果如图)： 电池放电欠压保护的电压值（2.95V）； 电池过充电保护的响应时间（22mS）； 电池过充电保护撤销的电压值(无)； 电池过充电保护撤销的响应时间(无)。

电池充电过流保护电压及响应时间 设置通道2的最大电流为6A，并使用N6705B的示波器功能，记录电流波形，即可测试出过流保护响应时间，测试结果如图： 该电池保护电路板6A时充电过流保护启动正常； 过流保护响应时间为10.8mS.

电池放电过流保护电压及响应时间 设置通道1的最大电流为4A，并使用N6705B的示波器功能，记录电流波形，即可测试出过流保护响应时间，测试结果如图： 该电池保护电路板4A时放电过流保护启动正常； 过流保护响应时间为1.56mS.

电池短路保护电流及响应时间 短路测试需要电源提供极大的峰值电流，N6700平台高功率模块以提供最大50A电流； 短路响应时间非常短，通常都在百微秒级别，如左图测试的380us，N6700高功率模块也支持10us电流采样速率。

电池保护电路板待机消耗电流 N678x SMU或安装2uA选件的N6762 模块都具有nA级别电流测试能力，可以轻松实现保护电路板uA级别电流的测量： 4.2V电压时的保护电路板的电流为4.36uA; 3.2V 电压时的保护电路板的电流为4.16uA.  

Satellite Payload and sub-system DC-DC二次电源在电池电路中大量使用 Power Conditioning Unit (PCU) Bus Voltage Shunt Switch Power Distribution Unit 24V Satellite Payload and sub-system 12V Solar Array 5V 蓄电池 BCR BDR BCR：Battery Charge Regulator BDR：Battery Discharge Regulator © Agilent Technologies, Inc. 2007 Aerospace and Defense Symposium 2007 31

两通道电源+负载实现DC-DC一体化测试 测量输入输出纹波抑制比 通道2工作在恒流电子负载模式 通道1工作在5V输出，恒压模式 在源端注入特定幅度频率的纹波噪声，同时在输出端测量纹波的幅度值，并计算纹波抑制比 输出3.3V 输入5V

双通道同时作为精密电源及电子负载使用 N6781/2A 测试您DC-DC电源的各项指标 完整的两象限工作状态，可以作为电子负载使用 100 kHz 任意波形带宽，可以生成所需要的任意波形电压、电流波形、脉冲、噪声等信号 200KHz 采样率，作为电子负载，直接观察输入电压、电流波形 低电压状态下工作正常，无导通电压要求 第二象限：完整的电子负载工作区 +20V +1A +3A -3A +6V -1A N6705B Mainframe N6782A #1 #2 3.3 Volt Regulator +Vin +Vout Iout Iin N6781/2A 33

使用 N678xA 源表模块进行DC-DC转换器测试 简化动态参数测试方法 time Iout Vout DC Load Regulation Transient Voltage Drop 源调整率测试要求输入端电压快速变化测试对输出电压幅度的影响 负载调整率测试要求输出电压快速响应测试及电压变化幅度测试。 需要负载的电流瞬态变化速度非常的快。 The N6782A SMU 非常适合进行电源芯片的测试 The N6782A SMU 模块两象限输出能力和快速负载响应能力使其适合在DC-DC转换器测试中同时作为源和负载进行测试 N6705B Mainframe N6782A #1 #2 3.3 Volt Regulator +Vin +Vout Iout Iin

DC-DC开机参数测试

DC-DC效率随输出状态变化曲线测试

新一代大功率电源 (APS) APS 是目前市场上功能最强大的直流电源设备 1000 W in 1U 2000 W in 2U New 体积小，速度快，输出/测量精度高 低输出噪声，以80V电压型号为例，纹波噪声峰峰值13mV, 有效 值1.5mV. 两象限工作能力，可作为电源或电子负载使用 无缝量程切换功能，同时测量毫安到几十安培电流 电压电流的长时间数据记录功能 电压电流短时间波形采集功能 电压电流的输出波形编辑功能 电压电流波形的捕捉和回放 多种触发/保护功能，灵活的功率配置 1000 W in 1U 2000 W in 2U

N69xx 与 N79xx APS电源主要性能对比 APS N6900 与 N7900 主要性能对比表格 N6900A 主要针对于高性能的供电应用 N7900A 除了高性能供电之外，提供高性能的测量 APS N6900 与 N7900 主要性能对比表格  Need a positioning slide with Troy and Ren Need a value proposition slide short and to the point. Oly “small, fast, and flexible” Table of the features and specs and comparison. Move prices to slide 12

APS电源的双象限工作模式 ——通过外接功率耗散器，实现电源与电子负载功能的无缝衔接 +V Quadrant I +A -A Quadrant II 直流电源 电子负载 10% 100% N7909A 1000 W in 1U Full Rack 功率耗散其单元直接与电源连接，实现电流的全量程吸收 所有控制由电源端实现，不需要额外的编程控制接口 2KW电源可以连接两个功率扩散器，实现电源与电子负载功率匹配 实现电源与电子负载功能的无缝衔接，与真实电池性能一致，充放电可自由转换 一体化的电源与电子负载集成方案，可以对正负电流进行直接测量，可以累积计算冲电量和放电量

使用APS配合功率耗散器模块进行蓄电池测试 具备+/-电流能力，使用同一台设备，在同一种连接方式下，可以对电池进行充电或放电测试 内置电量测试能力，可以直接获得累积的电量(AHr)数据，测试和验证电池容量。 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，可以用于计算电池交流内阻 输出端具备继电器开关，可以完全断开与蓄电池的连接

Power Conditioning Unit (PCU) Power Distribution Unit (PDU) 使用APS模拟蓄电池进行PCU测试 负载仿真设备： 详见 N3300A 电子负载 太阳能面板仿真设备： 详见E4360A SAS电源 Power Conditioning Unit (PCU) Power Distribution Unit (PDU) 太阳能电池板输入 直流母线输出 电池充放电控制单元 测量评估PCU硬件对电池充电/放电管理性 能： 当前，大部分客户采用的电源，负载和 开关切换的方式模拟电池，无法实现充 放电无缝切换。 APS 电流源可以实现双象限工作，更加 真实的模拟电池充放电特性。 APS Power Supply APS Power Dissipater

使用APS电源进行大功率双向DC-DC 电源的测试 所谓双向DC-DC转换电源是指DC-DC的两端可以相互输入/输出的电源转换模块，常见的如电池管理电路BMS，充电时，电流从充电端口流入到电芯；而放电时，电流从电芯流出到DUT。 在APS之前，几乎所有的客户都是用电源，电子负载及开关的方式模拟， 这种方式最大的问题是无法实现正负电流的无缝转换。 APS Power Supply APS Power Dissipater Test setup with the APS APS电源配合N7909A 功率消耗模块，具有双象限能力，无需额外的开关， 就能完成双向DC-DC的各种测试。 两台APS搭建的双向DC-DC测试，无需额外的开关切换，提高测试的稳定性和吞吐率； APS内置200KHz的数值化仪，可以测试开机和关机的时延，上升时间，开机浪涌电流等； APS具有高达18比特的分辨率，和无法量程电流测量能力，具有极高的测试精度。

最新的N8900系列 5 – 15 kW 5, 10, and 15 kW Basic, Autoranging Power Supplies Basic performance Choose from 14 models Up to 1500 V, up to 510A LAN (LXI Core), USB, GPIB, and Analog standard Master/slave up to 4 units for 60 kW total output power High power density, only 3U (5.25” / 13.34 cm) tall 5 kW 10 kW 15 kW 80 V 170 A 340 A 510 A 200 V 70 A 140 A 210 A 500 V 30 A 60 A 90 A 750 V 20 A 40 A 1000 V 1500 V

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电源测试和分析 输出端分析 输入端分析 开关器件分析 调制分析 A typical Block diagram for the AC/DC switch mode power supply is shown here. The blocks in yellow represents the type of analysis designer do while designing and testing a switch mode power supply. 调制分析

基于安捷伦示波器及软件的开关电源测试方案 开关电源进行测量、分析并生成报告的自动测试软件 支持的示波器: U1881A: InfiniiVision 3000, 4000,7000 系列 U1882A: Infiniium 9000系列 测试项目: 输入分析, 开关器件分析, 输出分析, 冲击电流, 调制分析, 打开/关闭时间分析, 瞬态分析 测试模式: 联机或离线 附件: U1880A 时延校正夹具 电源测量分析软件 USB, LAN or GPIB DSOX4000A DSOX3000A Quick over of Agilent’s power measurement applications There are two use models – 6000/7000 InfiniiVision scope with the software running on an external PC. The scope and PC can be connected over USB, LAN or GPIB (6000 only). Or the software can be run inside the windows based Infiniium 8000 scope. Note that we currently do not support high-end 80000 or 90000 series. The power measurement software also support off-line analysis mode as well as on-line mode. With off-line mode you can make full power measurements off-line with previously stored on-line measurement data. DSO9000A 主要特点: 基于Agilent示波器的简单,自动,可靠,快速的开关电源测试方法。

U1882A/U1881A PC版电源测试软件 The power measurement software user interface is comprised of a number of blocks. Test selection menu to choose the measurement vertical task tabs – to set up probe configurations, measurement time scales, connectivity mode (on-line, off-line) etc measurement listers – to display various measurement results waveform graticules – to show scope’s waveform display and allow user to pan and zoom on a particular area of interest, or gate the area of interest and run the measurement on that particular gated area. The Waveform area can be splitted in to a single, dual, quadruple or four quadrant windows.

电源测试软件: 主要特点 测量模块 特点 开关器件分析 开关损耗 安全工作区 (SOA) ，安全工作区模板编辑 动态导通电阻 dI/dt 电源测试软件: 主要特点 测量模块 特点 开关器件分析 开关损耗 安全工作区 (SOA) ，安全工作区模板编辑 动态导通电阻 dI/dt dV/dt 输入端分析 总谐波失真 功率因子 有功功率 视在功率 峰值因子 基于 IEC61000-3-2 std. 和 RTCA DO-160E*标准的电流谐波一致性测试 冲击电流分析 冲击电流 输出端分析 输出电压纹波、噪声 打开/关闭时间分析 打开、关闭时间 瞬态分析 负载瞬态响应 调制分析 正脉冲宽度随时间的变化 占空比随时间的变化 周期随时间的变化 频率随时间的变化 时延校正 自动提示和时延校正 (对于开关器件分析、输入端分析) DC 偏置误差 测试报告生成 报告生成 ( .html 格式) Agilent’s power measurement applications provide the most measurement features than any other industry’s scope based power measurement applications.

典型的开关电源测量连接图 通过USB和PC连接 高压差分探头 电流探头 开关电源被测件 DSOX3000/4000/7000B/9000系列 Here is the typical configuration of power measurement systems consisting of a scope (6000), power measurement software running on an external PC, high voltage differential probe, current probe, and SMPS DUT. 开关电源被测件

输入端分析 : 冲击电流测量 测量当开关电源打开时瞬间的冲击电流。 当开关电源打开时，输入端的滤波电容相当于瞬间短路，会产生一个很快上升时间的冲击电流。 At power-on, the input current absorbed by the power supply has a spike which should not exceed the maximum allowable input current. The green trace in the screen capture shows the example of inrush current of an AC/DC power supply, shown together with the line voltage waveform. The power measurement software allows you to automatically measure the instantaneous value of the input surge current to a power supply when AC power is first applied.

输入端分析 : 电流谐波 根据 IEC/EN61000-3-2 (Class A/B/C/D) 和 RTCA DO-160E标准的要求进行电流谐波测试 标准要求最多测量到40次谐波(针对工频) In 2001, the European Union put into effect the standard IEC/EN61000-3-2 to set limits on the harmonics of the AC input current up to the 40th harmonic for equipment above 75 watts. The standard defines four classes of equipment depending on its type and current waveform. The most rigorous limits are set for personal computers, computer monitors, and TV receivers. Individual harmonic content is compared against the IEC 61000 3-2 standard for general power supplies and the RTCA DO-160E standard for airborne equipment. For the FFT plot, the Blackman Harris window is used due to its minimal spectral leakage characteristic. Once the FFT is performed, the software keeps the first 45 harmonics only, because most standards only require the analysis of the first 40 harmonics.

输入端分析 : 电源质量 电源的质量通过这些参数衡量: 视在功率: 每个周期里电源存储的能量 视在功率: 每个周期里电源存储的能量 有功功率: 每个周期里平均从源端净流入电源的能量 功率因子: 有功功率和视在功率的比值 峰值因子: 电流/电压的峰值和RMS值的比值 Agilent’s U1881A/U1882A power measurement software makes it easy to analyze the line power. It simplifies the calculations of real power, apparent power, and power factor (real power/apparent power) by eliminating the need to set up math traces and parameter math or using an expensive AC power analyzer or AC power source.

开关器件分析: 开关损耗 开关损耗产生在漏源电压 Vds 和流过漏极电流 Id交变的时刻(开关器件开关切换的时刻) The voltage across the switching device will be high while the device is off, and will be low (V saturation) during the conduction time (On state). During the Off state of the device, there is no current. However, at conduction time the current reaches its maximum. If we look at the power waveform, the maximum instantaneous power loss occurs during transitions (called switching loss). Power loss during the conduction time is called conduction loss. The power loss in the entire cycle is called cycle power loss.

开关器件分析: 开关损耗 Vds Is Switching losses Power Losses Conduction losses To see the reliability of the power supply it is very important for power supply designers to measure the power loss at MOSFET during dynamic load changes. On the picture shown here, the channel 1 (yellow) s the voltage across drain and source of the power MOSFET, channel 2 (Green) is the source current, and the purple waveform in the bottom is the product of voltage and current, indicating the power dissipation at the device. Conduction losses

开关器件测试的难点：导通电压的测量 50V/div 10V/div 传统方法: 放大局部信号 问题：损坏前端放大器，并导致测试错误 传统方法: 放大局部信号 问题：损坏前端放大器，并导致测试错误 Scope’s dynamic range = 8 div 270Vpp Since we are on the topic of ON resistance, let’s discuss the best way to make the measurement. Traditionally, an engineer typically zooms in on the Vds signal with the goal of obtaining very fine resolution on the voltage level, Vds. The drawback of this method is that you run the risk of placing the oscilloscope into an overdrive state, where the front-end amplifiers are saturated. When this happens, the oscilloscope will display signal distortion – which results in inaccurate measurements – for a certain period of time before it recovers from the overdrive condition. Some oscilloscopes are known to have better overdrive recovery than other oscilloscopes. However, all oscilloscopes are vulnerable to an overdrive state, so it is best to avoid this condition if possible. In this example where Agilent oscilloscope has +/-8 div of vertical dynamic range, you can see on the right that the waveform exceeding the input dynamic range begins to distort. Distortion due to overdriving the scope’s input amplifier 50V/div 10V/div 55

安捷伦测试解决办法 Agilent示波器的高分辨率模式可将ADC位数从 8 位提升至12 位！ 解决方法: 使用示波器的高分辨率模式 解决方法: 使用示波器的高分辨率模式 使用高分辨率模式可以提高垂直精度，使8位ADC提高到最大12位ADC的效果.安捷伦电源测试软件使用高分辨率模式测量动态电阻。 ADC位数增加 = 0.5 log2 N N = 用来做平均运算的样点数 Original waveform To avoid placing the oscilloscope into overdrive, Agilent’s Power Measurement Application acquires the signal on-screen, optimizing for resolution by using the full dynamic range, and then transfers the data to the application for further processing. In the application, a smoothing average filter (256pts:1pt) is applied to both the Vds and Id signals to improve resolution. The dynamic ON resistance is then calculated between the 25% and 75% points of each pulse period. Rds = Vds/Id Smoothed waveform using 256:1 moving average filter Agilent示波器的高分辨率模式可将ADC位数从 8 位提升至12 位！ 56

开关器件分析: 安全工作区测量 100 个开关周期 SOF定义：器件能安全工作不会损坏的电压、电流范围 开关器件的产品手册会给出器件的电压、电流工作条件 100 个开关周期 Every switching device has a maximum voltage and current rating specified by the manufacturer, displayed on its technical application note or data sheet. The safe operating area test determines how much current can run through the transistor at a given voltage level. The SOA limit is a 5-point polygon and varies from transistor to transistor. Switching device data sheets should provide a safe operating area plot for each device. Points that fall outside of the polygon violate the Safe Operating Area and are indicated in red. The equivalent violation points in the Vds vs. time and Id vs. time plots are also displayed in red. Here we are viewing 100 switching cycles during >1.2 msec of time and ensure that the transistor is operating well within the maximum voltage and current ratings. Example from ON Semiconductor, device #LTC1871

调制分析 调制分析用于电源控制环路的测量 PWM(脉冲宽度调制器) 的输入端是控制电压 PWM 的输出是不同占空比的周期性脉冲 PWM 频率随时间的变化 周期随时间的变化 占空比随时间的变化 脉冲宽度随时间的变化 10毫秒 PWM Control Filtering Output Feedback Block 目标: 产生稳定的输出电压 The Modulation Analysis measurement subgroup focuses on a set of measurements specific to the feedback loop (also called “control loop”) of the power supply. It is the feedback loop that controls the switching rate of the power supply in order to generate a well-regulated DC output. Modulation analysis can also be used to verify power supply stability under changing load or line conditions.

输出端分析: 纹波和噪声 有噪声的输出电压 V mVrms mVp-p t out nominal mVrms mVp-p t 有时称为纹波/噪声或 PARD(Periodic And Random Deviations，周期和随机性干扰) 通常用 mVrms 和mVpeak-to-peak衡量 对于一些比较敏感的应用如低压应用中，电源噪声可能会影响到用户的测量结果。 一些应用如混频器或雷达系统，噪声尖峰是非常有害的，所以电源的峰峰值测量非常重要 Another key measurement that SMPS designers are concerned about is measuring noise and ripple. As we talked about earlier, switching power supplies generate more noise and EMI than their linear power supply cousins. This noise and ripple can appear at the output of the power supply – and depending on the characteristics of the end product – could cause damage. Noise and ripple is typically very small relative to the output signal – only in the mV range.

输出端分析: 测量输出纹波 如何保证准确的测量: 使用 1:1的无源探头可以进行进行精确的纹波测量 把示波器设置成AC耦合模式 可以使用“带宽限制”功能滤除高频分量 Agilent 7000B提供25M硬件带宽限制 Agilent 3000X/9000提供20M硬件带宽限制 Again, we are going to talk about how Agilent makes the measurement with the Power Measurement Application. First, it is important that the customer use the right probe for the application. Because we are measuring only mV that are riding on a DC output, a high voltage differential probe will not provide the resolution or accuracy we need for the measurement. Therefore, it is important that a 1:1 passive probe, or even a 10:1 passive probe, is used for the measurement. This will provide the best resolution on the small AC ripple signal. Secondarily, in order to remove the DC offset from the signal, the oscilloscope is placed into AC coupled mode. This allows us to maximize the vertical resolution on the ripple Lastly, some filtering may be required. Many power supply designers use scope’s built-in 20 MHz or 25 MHz low pass filter to cut off unwanted high frequency noise coupled to the output.

输出端分析: 瞬态分析 测量当负载发生变化时，DC输出端需要的稳定时间。 Transient analysis test is performed using a step function change in the output load current and monitoring the time required to settle within a specific time. This test is often performed from 50% load to full load in both directions of nominal input line conditions.

输出端分析: 打开/关闭时间 打开时间 : 电源模块输入端加上电压至输出端输出电压的时间 关闭时间 : 电源模块输入端断开至输出端关闭的时间。 Often designers have a need to measure turn-on time and turn-off time of switching power supply. Turn-on time is the time taken to get the output voltage of the power supply after the line input voltage is applied. Turn-off time is the time taken to get the output voltage of the power supply to turn off after the line input voltage is applied.

U1880A 时延校正夹具 电压、电流通道(V x I)的时延校正对于精确的电源测量非常重要! 夹具可以通过示波器或PC的USB口供电 Voltage and current probe deskew is critical for making accurate power loss measurements. Any skew between the voltage and current probes can add or subtract to the real power loss, giving you a faulty, inaccurate measurement. It is recommended that deskew is performed for each set of voltage and current probes being used, and prior to running the Power Device Analysis and Input Line Analysis tests. The software will automatically prompt the user to deskew their probes the first time the Power Device Analysis or Input Line Analysis tests are activated. The software will assume the same deskew values for each test that is run in a single open instance of the application. If the application is shut down and re-opened, the application will prompt the user for an updated deskew measurement. 时延校正后!

推荐的探头和附件 U1880A时延校正夹具用于电压、电流的时延校正 AC/DC 电流探头 (1个或多个) 1147A 50MHz, 15A 电流探头，自动探头识别接口 N2780B 2MHz, 500A电流探头(需要N2779A外部供电模块) N2781B 10MHz, 150A电流探头(需要N2779A外部供电模块) N2782B 50MHz, 30A电流探头(需要N2779A外部供电模块) N2783B 100MHz, 30A电流探头(需要N2779A外部供电模块) N279XA系列差分探头 N2790A 100MHz 1.4kV diff w/ AutoProbe N2791A 25MHz 700V diff w/BNC N2792A 200MHz 30V diff w/BNC (10/1) N2793A 800MHz 15V diff w/BNC (10/1) 无源探头 (用于测量输出噪声) 10070B 1:1，20MHz 10076B 100:1 4KV,250MHz N2771B 1000:1 30KV, 50MHz Here is the list of other probes and accessories needed to perform power measurement applications. Agilent provides the variety of current probes and voltage probes needed to perform power measurements.

总结: 开关电源示波器何软件分析方案 同时支持基于PC和直接运行在示波器上的应用软件，可以更便宜的价格实现快速、方便的开关电源测试。 软件运行在PC上,3000/4000/7000B系列示波器可以通过GPIB、USB或LAN连接PC； 对于DSOX3000/4000或者DSO9000系列，软件可以装在示波器内部. 示波器、电源测试软件、差分电压探头、电流探头和 时延校正夹具组成了一套完整的电源测试系统。

内容安排 电池及充电管理介绍 安捷伦电池及充电装置的测试方案 安捷伦电源测试 明星测试仪表 电磁预兼容的测试 典型的电池供电设备及应用 电池的特性及充放电的管理 安捷伦电池及充电装置的测试方案 电源 在电池及电池管理 测试上的应用 示波器实现开关电源的测试 电磁预兼容的测试 安捷伦电源测试 明星测试仪表

电源产生电磁干扰概述 电源产生电磁干扰的原因： 电磁干扰的传播方式 开关电路产生的高频信号及谐波 电路的瞬态变化：如整流二极管的反向电流 高频开关电流环路造成空间辐射 分布电容产生的噪声 电磁干扰的传播方式 传导 辐射

安捷伦EMI 测试方案 NEW!! NEW!! X-系列信号分析仪：预兼容测试完美方案 MXE: 标准EMI一致性测试接收机 PXA N9030A MXA N9020A Agilent MXE N9038A EXA N9010A X系列信号分析仪 + W6141A EMI 测试选件 CXA N9000A NEW!!

EMI 预兼容测试 几乎所有的电子类产品都需要进行EMI测试 缩短产品开发周期； 保证产品推出计划； 节约测试成本

安捷伦N9000A CXA 信号分析仪 …更多功能，值得期待！ CXA, 更低价位的X-系列信号分析仪向您提供: 优异的射频性能 丰富的通用测量功能 低成本的专业测试方案 幅度精度：+ 0.5 dB 优异的灵敏度：-163 dBm/Hz 频率范围：9 kHz 至 7.5 GHz 内置专业EMI测量选件 9 kHz 至 6 GHz 跟踪信号发生器 …更多功能，值得期待！

基于X系列信号分析仪的EMI接收机软件：N/W6141A 对数频率显示 自动峰值搜索 实时显示三个检波器读数值 峰值列表 功能完全满足CISPR-16-1 要求 提供EMI专用检波器，带宽 最大40001扫描点保证频率测量精度 灵活的峰值列表功能：方便剔出背景干扰，可导出生成报告 根据标准频段划分的扫描列表 用于EMI预兼容测试的，基于X系列信号分析仪的N/W6141A EMI 接收机选件和安捷伦最新推出N9038A标准EMI全兼容接收机软件功能完全相同。提供了EMI标准测试要求的所有功能。该软件还提供了一系列功能对EMI干扰进行频域和时域上的分析。是安捷伦/HP E7400系列EMI分析仪的性价比更高的替代者。

传导（CE）预兼容测试方案

辐射（RE）预兼容测试方案 吸收钳

? 便捷的EMI辐射预兼容测试与诊断 使用工具: N9000A 频谱仪 近场探头 N9311X-100 接触式探头 与合格样品的探头测试结果比较 和经验值进行比较 对于不合格样品： 探查干扰的来源 优化使用原器件的选择 隔离主要辐射子系统和器件 很多用户受到经费和空间的限制，很难用天线进行相对正规的EMI辐射预兼容测试。而另一种简便易行的方法是使用频谱分析仪和进场探头进行比对测试。 同时探头还可以用于后期的故障诊断，查找干扰源，以及验证改进成果。 近场测试结果和远场测试结果不能直接转换，但是近场测量辐射越大，远场测量的辐射也必然越大

N9311X系列EMI测试配件 N9311X-100近场探头套件提供了4组磁场探头，用于探测印刷电路板、模块、元器件、集成电路和电磁干扰源所产生的辐射泄露。 频率范围： 30 MHz 至 3 GHz 用于 EMI 预兼容测试、故障诊断和设计验证 在设计过程的初期搜索电磁干扰源 N9311X-110前置放大器是一款外置式的前置放大器，在对极低电平信号的检测和分析中，对频谱/信号分析仪提供额外的灵敏度 频率范围： 100 kHz 至 3 GHz 增益： 30 dB 噪声系数： 4.5 dB 连接器类型： BNC（阴头）至 BNC（阳头），50 Ω

接触式测量探头 定性测量 10073D 无源探头 11076D 高压探头 85024A 高频探头 U1818A 差分探头 500 MHz, 10: 1, 400 Vp, 1 MΩ 11076D 高压探头 250 MHz, 100: 1, 3 kV, 1 MΩ 85024A 高频探头 300 kHz to 3 GHz U1818A 差分探头 100 kHz to 7 GHz 定性测量

内容安排 电池及充电管理介绍 安捷伦电池及充电装置的测试方案 安捷伦电源测试 明星测试仪表 典型的电池供电设备及应用 电池的特性及充放电的管理 安捷伦电池及充电装置的测试方案 电源 在电池及电池管理 测试上的应用 示波器实现开关电源的测试 电磁预兼容的测试 安捷伦电源测试 明星测试仪表

安捷伦电源测试明星仪器 N6705直流电源分析仪 681xB AC交流电源 N3300A模块化直流电子负载 多达4路直流电源输出 内置ARB功能，仿真电压纹波及噪声 内置示波器，测量电压或电流波形 提供SMU模块，实现DC-DC一体化测试 1KW/2KW,双象限工作（电源/负载） 内置18比特，200KHz数字化仪 高功率的电压任意波形输出 输出继电器开关 681xB AC交流电源 N3300A模块化直流电子负载 支持最大6路输入

安捷伦电源测试明星产品 3000X系列示波器 4000X 系列总线分析示波器 Probing the CAN & FlexRay Differential Buses A differential probe is required for triggering on and decoding a differential CAN and/or FlexRay bus signal. For just CAN applications, Agilent recommends the 25-MHz bandwidth N2791A. For FlexRay and CAN applications, Agilent recommends the 200-MHz bandwidth N2791A. Also available is the 800-MHz bandwidth differential active probe. Although you can use this probe for both FlexRay and CAN applications, this much bandwidth is not required for these applications. If you have DB9-SubD connectors in your CAN and/or FlexRay systems, Agilent also offers special 探针s that makes it easy to connect to you system. N2790A高压差分探头 1147B/N2893A电流探头 N278XB 电流探头 U1880A 校准夹具

安捷伦电源EMI测试明星产品 N9310A 信号源，N9320B 频谱分析仪： 胎压监测模块，无线车钥匙测试 N9000A CXA 信号分析仪： 车载蓝牙测试，EMI预兼容测试 N9340B HSA 手持频谱分析仪： 安装及外场测试

安捷伦电源测试明星仪表 U1610A/U1620A 100M/200M手持示波表 U1273A手持式万用表 高分辨率大屏幕，室内/室外/夜视模式提供完美显示效果 2M的内置存储器及USB接口方便连接PC或存储设备进行数据记录 U1273A手持式万用表 采用OLED显示屏，提供完美清晰的读数显示 内置低通滤波器可消除测试杂讯 防尘防水设计 U1177A蓝牙适配器以及远程无线连接解决方案 与安卓设备简易连接，最多同时检测三台位于不同位置的手持万用表 通过安卓设备免费的Mobile meter和Mobile Logger应用随时记录和分享测试结果 Probing the CAN & FlexRay Differential Buses A differential probe is required for triggering on and decoding a differential CAN and/or FlexRay bus signal. For just CAN applications, Agilent recommends the 25-MHz bandwidth N2791A. For FlexRay and CAN applications, Agilent recommends the 200-MHz bandwidth N2791A. Also available is the 800-MHz bandwidth differential active probe. Although you can use this probe for both FlexRay and CAN applications, this much bandwidth is not required for these applications. If you have DB9-SubD connectors in your CAN and/or FlexRay systems, Agilent also offers special 探针s that makes it easy to connect to you system.

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