【導(dǎo)讀】今天我們沒(méi)有請(qǐng)到OMG先生來(lái)推銷Keysight電源，但想借用他的那句尖叫“Oh, My God!” 為這樣的一款直流電源代言——正確的稱呼是APS先進(jìn)電源系統(tǒng)，Advanced Power System。
你一定好奇為APS尖叫的理由，就請(qǐng)聽(tīng)我來(lái)說(shuō)一說(shuō)：APS第一層意思是 Advanced Power Supply，Advanced字面翻譯過(guò)來(lái)可以是高階、高端、領(lǐng)先等，而Keysight將它翻譯成先進(jìn)。
1 何謂高端直流電源?
圖 1
高端直流電源，首先必須擁有卓越的性能和指標(biāo)，如圖1所示，APS具有0.03%的電壓和電流設(shè)定及測(cè)量精度；低至1mVrms紋波噪聲；0.5mV負(fù)載調(diào)整率。
如此近乎理想電源的靜態(tài)指標(biāo)，可為航空航天、5G、高速數(shù)字通信等產(chǎn)品提供優(yōu)質(zhì)供電。
圖 2
其次，高端電源更需要有優(yōu)異的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，對(duì)應(yīng)的指標(biāo)有瞬態(tài)響應(yīng)、電壓上/下編程時(shí)間（斜率）。
圖 3
● 瞬態(tài)響應(yīng) 反映的是電源的環(huán)路控制響應(yīng)能力、評(píng)估參數(shù)為在環(huán)路功率（恒壓源的電流）突變時(shí)，電源電壓保持能力——電流突然增大時(shí)的電壓跌落，或電流突然減小時(shí)的電壓過(guò)沖。圖3為某FPGA 0.9V供電電壓下，電流從60A至120A電流突變時(shí)，APS電壓瞬態(tài)響應(yīng)，跌落峰值小于200mV，時(shí)間小于100uS。
● 電壓上/下編程時(shí)間，大家也常叫做「電壓斜率」(V/S)，為什么直流電源要關(guān)心電壓的上升或下降時(shí)間呢？如圖4所示，為某車用ECU性能驗(yàn)證時(shí)的供電電壓，電壓斜率越快的電源，具有越高的測(cè)試吞吐率。
圖 4
● 以下APS輸出的電壓波形常用于這些測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中：
● 汽車電子的ISO16750、7637
● 軍用車輛28伏直流的GJB-298
● 飛行電子設(shè)備供電特性GJB-181A
圖 5
這些直流供電系統(tǒng)中的電壓突變或任意波形，對(duì)用于工作環(huán)境惡劣，非理想直流供電的場(chǎng)合異常關(guān)鍵。
圖 6
歸納一下我心目中的Advanced電源，必須同時(shí)具備非常優(yōu)異的 靜態(tài)指標(biāo) 和 動(dòng)態(tài)指標(biāo)！
APS的深一層意思是 Advanced Power System，電源系統(tǒng)！
2 又何謂稱之為電源系統(tǒng)？
又何謂稱之為電源系統(tǒng)？——系統(tǒng)中通常都是多種儀表硬件或軟件集成，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)！但APS自身就可以實(shí)現(xiàn)很多系統(tǒng)級(jí)的功能。
如圖7和表1所示，是APS電源具備的大家常用直流電源額外的功能和性能！
圖 7
表 1
① 直流電源給4G，5G基站供電，測(cè)量基站各種工作狀態(tài)的電流以及待機(jī)電流
圖 8
● 直流電源
● 萬(wàn)用表DMM測(cè)量待機(jī)電流
● 示波器電流+電流探頭 測(cè)量工作電流
如果你熟悉4G（LTE）物理層幀結(jié)構(gòu)， 就會(huì)知道4G基站或終端的信號(hào)是以無(wú)線幀、子幀的形式工作。簡(jiǎn)單一點(diǎn)就是產(chǎn)品的工作電流以脈沖形式出現(xiàn)，電流測(cè)量設(shè)備的積分時(shí)間必須與無(wú)線幀的周期相同，才能獲得準(zhǔn)確和穩(wěn)定的測(cè)量值。
APS內(nèi)置200Ksa/s，18比特的數(shù)字化儀，可通過(guò)數(shù)字化儀獲取原始200Ksa/s的波形數(shù)據(jù)，也可以按照測(cè)試信號(hào)特點(diǎn)，設(shè)定測(cè)試積分時(shí)間（同數(shù)字萬(wàn)用表的 nPLC）。
圖 9 APS PC分析軟件測(cè)量的電流波形和按照4G無(wú)線幀周期的面板讀值
14585A捕獲無(wú)線基站電流脈沖波形，通過(guò)設(shè)定電流測(cè)量時(shí)間，面板顯示2.79A穩(wěn)定的讀數(shù)與波形整周期平均電流一致。
② APS簡(jiǎn)單、更接近電池特性的電池仿真器 BSS實(shí)現(xiàn)
圖 10
電池管理系統(tǒng) (BMS) 的測(cè)試會(huì)用到「電池仿真器BSS」 (Battery Simulate System)。常見(jiàn)的電池仿真器BSS集成一臺(tái)直流電源和一臺(tái)電子負(fù)載，電源代替電池輸出功率，電子負(fù)載代替電池吸收功率。
BSS電池模擬器是典型的電壓系統(tǒng)：直流電源和電子負(fù)載都工作在恒壓 (CV) 模式下。電子負(fù)載的電壓設(shè)置要略大于直流電源，在它們之間存在一個(gè)電壓差會(huì)造成一個(gè)死區(qū)電壓，使電池仿真系統(tǒng)無(wú)法工作在這個(gè)區(qū)域中。
● 電池放電時(shí)，電壓依靠電源電壓來(lái)維持；
● 電池充電時(shí)，電壓必須高于直流電源的電壓(為保護(hù)直流電源、需使用阻塞二極管)，直流電源的輸出截止；同時(shí)，電子負(fù)載會(huì)進(jìn)入 CV 的工模式，并將電壓鉗制在略高的電平上。
如圖11左圖所示，是按照上圖集成電源和電子負(fù)載的電池仿真器BSS，可以清楚的看到當(dāng)外部被測(cè)件的電流正、負(fù)切換時(shí)，電池電壓波形異常波動(dòng)。
圖 11
如圖11右圖所示，APS支持電流的雙象限工作，即像鋰電池一樣可以給設(shè)備供電，也可以模擬電池充電過(guò)程，吸收電流。這種2象限工作模式，相比電源+負(fù)載組合方式，可以做到輸出電流和吸收電流的無(wú)縫、連續(xù)的切換，正負(fù)電流切換也不會(huì)導(dǎo)致電壓變化。
圖 12
此外，APS在電池仿真器 BSS時(shí)，還可以模擬電池的內(nèi)阻模擬，電量計(jì)（Ahr,Whr）實(shí)時(shí)測(cè)量BSS電量的變化，這些功能在系統(tǒng)集成中非常復(fù)雜、甚至難以實(shí)現(xiàn)。
圖 13
③ 黑盒子記錄儀（Black Box Recorder）
啊，黑盒子！這個(gè)只有航天器上才會(huì)用到的玩意，APS竟然也支持？
沒(méi)錯(cuò)，安裝黑盒子模塊（選件N7908A BBR）的APS，可在后臺(tái)連續(xù)運(yùn)行，并記錄從電源開(kāi)機(jī)后所有涉及電源操作和測(cè)量、觸發(fā)相關(guān)的事件。黑盒子記錄BBR可設(shè)定24小時(shí)，以每秒鐘100次速率；或10天每秒鐘10次的速率記錄，記錄的數(shù)據(jù)可通過(guò)APS助手軟件訪問(wèn)和分析。
圖 14
④ 輸出斷路開(kāi)關(guān)和極性反轉(zhuǎn)
有些系統(tǒng)供電電源在關(guān)閉輸出時(shí)，需要電源與被測(cè)件通過(guò)繼電器開(kāi)關(guān)徹底斷開(kāi)，或者在保持外部接線情況下，更改正、負(fù)極性。集成系統(tǒng)時(shí)通常使用外部繼電器開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但如果嚴(yán)格實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)動(dòng)作與電源內(nèi)部動(dòng)作的同步？外部開(kāi)關(guān)引起的線路電壓補(bǔ)償？APS和Keysight N6700模塊化電源都提供斷路開(kāi)關(guān)選項(xiàng)。
圖 15
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