Nota de Aplicação. Despertando Insights em Medição

Transcrição

1 Keysight Technologies Avaliando a Descarga de Baterias com as Unidades de Fonte/Medida com 2 Quadrantes N6781A ou N6785A e o Software de Controle e Análise 14585A Nota de Aplicação Despertando Insights em Medição

2 02 Keysight Avaliando a Descarga de Baterias com as Unidades de Fonte/Medida com 2 Quadrantes N6781A ou N6785A e o Software de Controle e Análise 14585A - Nota de Aplicação Vantagens de Medir o Desempenho da Descarga de uma Bateria Valide o tempo operacional real para comparar com os valores esperados Verifique a capacidade e o desempenho da bateria na sua aplicação final para correlacionar com as especificações padrões do fabricante da bateria Avalie a corrente de pico e média e o consumo de energia do dispositivo quando ele é alimentado pela bateria para comparar com os valores esperados e otimizar o desempenho do dispositivo Verifique o desempenho correto do desligamento com baixa tensão Analisar e otimizar o tempo operacional da bateria exige a execução de testes na bateria e no dispositivo alimentado por ela, separadamente e juntos como um sistema. Avaliar a bateria e o dispositivo alimentado por ela como um sistema oferece certas vantagens. Esses itens requerem medições precisas de corrente e registro de dados de longa duração. As unidades de fonte/medida (SMUs) com 2 quadrantes N6781A e N6785A da Keysight são ideais para analisar a descarga de baterias, pois alimentam e medem o dreno de corrente diretamente de dispositivos alimentados por baterias até 80 W. Esses módulos SMU fazem parte do sistema de alimentação modular N6700, que inclui esses mainframes compactos para ambientes de testes automatizados (ATE) e o mainframe analisador de potência CC N6705B para P&D. Essa família tem quatro mainframes e mais de 30 módulos de alimentação CC que fornecem soluções completas para P&D, validação de projetos e manufatura. Quando você usa o mainframe analisador de potência CC N6705B e a SMU N6781A ou N6785A com o software de controle e análise 14585A, é possível medir o dreno de corrente por períodos longos ou curtos e analisar os resultados facilmente. Quando você avalia o dreno de corrente para obter resultados reais, às vezes é vantajoso utilizar a bateria verdadeira em vez de uma fonte CC para alimentar o dispositivo. Esta nota de aplicação explica como empregar uma SMU N6781A ou N6785A com o software de controle e análise 14585A para avaliar o desempenho de um dispositivo alimentado diretamente por sua bateria, com facilidade e precisão. Desafios de Abordagens Tradicionais Abordagens tradicionais para medir a descarga de uma bateria envolvem o uso de transdutores de corrente, como shunts e pontas de prova de corrente. Igualmente, muitos padrões de teste para medição do dreno de corrente de dispositivos alimentados por bateria, como a Técnica de Medição da Duração da Bateria DG.09 da Associação GSM, oferecem diretrizes para uma configuração de teste genérica, usando cartões ADC e shunts de corrente para registrar o dreno de corrente, por um período extenso e avaliar a duração da bateria em diversos cenários. Embora adequada em algumas situações, essa abordagem não atinge o nível de precisão necessário para a ampla faixa dinâmica da corrente drenada por um dispositivo alimentado por bateria. Além disso, a queda de tensão no shunt introduz mais imprecisão à configuração, prejudicando a baixa tensão da bateria. Por último, o teste de descarga da bateria pode durar de horas a dias. Isso levanta a questão de como registrar e armazenar uma grande quantidade de dados para análise posterior.

3 03 Keysight Avaliando a Descarga de Baterias com as Unidades de Fonte/Medida com 2 Quadrantes N6781A ou N6785A e o Software de Controle e Análise 14585A - Nota de Aplicação Configuração Recomendada Usando a SMU N6781A ou N6785A e o Software 14585A As SMUs N6781A e N6785A têm recursos que superam os desafios e as deficiências de abordagens tradicionais. Para testar a descarga da bateria, essas unidades podem ser usadas no modo de medição de corrente (amperímetro) e se tornar um shunt que mede corrente com carga zero. Diferentemente de um shunt, a queda de tensão não será um problema (Figura 1). A SMU N6781A também tem a tecnologia de medição com seleção contínua de faixa (seamless measurement ranging). Conforme a corrente transita do nível de repouso para a atividade, o recurso de medição com seleção contínua de faixa ajusta a faixa de medição dinamicamente para possibilitar máxima precisão em cada ponto da forma de onda de corrente. Você também pode usar a função de resistência de saída programável para permitir que a unidade N6781A ou N6785A emule a resistência interna de uma bateria com mais precisão. Por fim, o software de controle e análise 14585A oferece uma plataforma para registrar, visualizar e analisar uma grande quantidade de dados das medições. Essa configuração satisfaz os requisitos do padrão de teste da duração da bateria DG.09 da Associação GSM e de outros padrões similares, além de aprimorá-los superando as limitações decorrentes da utilização de um shunt fixo. As SMUs N6781A e N6785A têm um modo só para medição de corrente que faz com que a fonte de alimentação se comporte como um shunt de zero ohm. Quando a saída é conectada em série com a bateria e o dispositivo alimentado por ela, como na Figura 1, a N6781A ou N6785A emula um amperímetro com carga zero. A tensão é regulada em zero volt onde as linhas de sensoriamento remoto são conectadas. DUT Bateria Dispositivo alimentado pela bateria Queda de zero volt Figura 1. Configuração recomendada para medir o desempenho da descarga da bateria usando a SMU N6781A ou N6785A. Note que o sensoriamento remoto de tensão elimina a queda de tensão na conexão entre a bateria (-) e o DUT (-). Nessa configuração, a SMU N6781A ou N6785A é instalada dentro do mainframe analisador de potência CC N6705B.

4 04 Keysight Avaliando a Descarga de Baterias com as Unidades de Fonte/Medida com 2 Quadrantes N6781A ou N6785A e o Software de Controle e Análise 14585A - Nota de Aplicação Na Figura 2, temos a imagem real da configuração. Depois de configurá-la, selecione Current Measurement Only (somente medição de corrente) como modo de emulação na tela de configuração da fonte no 14585A, conforme a Figura 3. O modo prioritário de tensão é padrão e os limites +/- de corrente são configurados com os valores máximos permitidos. A saída é programada em zero volt, portanto, zero carga. Medindo a Tensão da Bateria com o Voltímetro Auxiliar As SMUs N6781A e N6785A têm uma entrada de voltímetro (DVM) auxiliar que pode ser usada para medir a tensão da bateria em aplicações de dreno de bateria. As medições do voltímetro auxiliar são usadas para validar o tempo operacional e o desempenho da bateria. Observe as conexões DVM+ e DVM- na Figura 1 para configuração do voltímetro auxiliar. Para habilitar as medições de tensão auxiliares usando o 14585A, abra a aba Instrument Control (controle do instrumento), selecione Meter (medidor) e depois Properties (propriedades). S + Out + S I DUT Figura 2: Configuração real para medir o desempenho da descarga da bateria usando uma SMU N6781A ou N6785A (N6781A na imagem) instalada como saída 1 em um mainframe analisador de potência CC N6705B. Figura 3. Menu de configuração da fonte no software de controle e análise 14585A, o que também pode ser feito no painel frontal do analisador de potência CC N6705B.

5 05 Keysight Avaliando a Descarga de Baterias com as Unidades de Fonte/Medida com 2 Quadrantes N6781A ou N6785A e o Software de Controle e Análise 14585A - Nota de Aplicação Medindo a Tensão da Bateria com o Voltímetro Auxiliar (continuação) No menu que aparecer, certifique-se de que a opção Aux Voltage (tensão auxiliar) esteja selecionada, conforme a Figura 4. O voltímetro auxiliar irá capturar a medição com uma taxa de digitalização de 100 ksa/s, simultaneamente com a corrente. Protegendo Contra Sobrecorrentes e Polaridade Reversa da Bateria Tradicionalmente, seria necessária uma rede de proteção externa nessa configuração, já que as baterias são capazes de fornecer correntes extremamente altas se mal utilizadas ou em curto. Contudo, as SMUs N6781A e N6785A já integram recursos de proteção, eliminando a necessidade de um circuito de proteção externo para esta aplicação. Usando o Modo Osciloscópio O software de controle e análise 14585A tem um modo osciloscópio que permite monitorar o dreno de corrente conforme ele ocorre. Nesse modo, a interface gráfica do usuário possibilita o controle das medições de tensão e corrente, das faixas de medição e da escala da tela, de modo semelhante a um osciloscópio. Você também pode ajustar o número de pontos de amostras por traço até no máximo 256 Kpts para um único traço. Esses recursos também estão disponíveis no painel frontal do N6705B usando a função Scope View (visualização de osciloscópio). A aquisição no modo osciloscópio pode ser iniciada ou interrompida com o botão Play no canto inferior direito, abaixo da palavra Scope. Você pode utilizar marcadores para analisar o traço detalhadamente, como na Figura 5. Os marcadores podem ser usados para avaliar um intervalo de tempo determinado e para extrair informações específicas daquele intervalo, como valores mínimo, máximo e médio. Figura 4. Configuração do voltímetro auxiliar. Figura 5. Aquisição no modo osciloscópio com marcadores.

6 06 Keysight Avaliando a Descarga de Baterias com as Unidades de Fonte/Medida com 2 Quadrantes N6781A ou N6785A e o Software de Controle e Análise 14585A - Nota de Aplicação Utilizando o Modo de Registro de Dados O modo de registro de dados do mainframe N6705B e do software 14585A possibilita a coleta de dados por longos períodos. As configurações permitem que você defina a duração e o período do registro de dados. A duração pode ser de várias horas ou até mesmo dias de uma só vez. Configure-o para registrar por mais tempo do que a duração esperada da descarga da bateria para garantir que o ciclo todo seja capturado. Você pode definir o período de integração para o registro de dados de 20 μs a 60 s, dependendo da configuração. Para cada período de integração, é gerado e registrado um conjunto de valores mínimo, máximo e médio. Na tela do modo de registro de dados, esses valores são traçados no mesmo gráfico. A Figura 6 mostra o gráfico dos dados registrados durante a descarga de uma bateria real. Esses recursos também estão disponíveis no painel frontal do N6705B usando a função Data Logger (registro de dados). Os marcadores também estão disponíveis no modo de registro de dados. Ative os marcadores de medição vertical e posicione-os nos pontos inicial e final. Isso fará com que o software baseie todos os seus cálculos numéricos somente no intervalo de tempo selecionado, em vez da tela toda. Você pode configurar a função de registro de dados para medir a corrente e a tensão lida com o DVM auxiliar. Depois que os dados são capturados, eles são armazenados no formato binário. Existe uma opção para exportar o arquivo binário no formato CSV (valores separados por vírgulas). A função de distribuição acumulada complementar (CCDF) é outro recurso de exibição. É uma forma cumulativa de um histograma, que exibe concisamente as medições de curto e longo prazo do dreno da bateria. É um gráfico de distribuição da amplitude da corrente versus a frequência relativa da ocorrência e é uma ferramenta valiosa para visualizar e analisar grandes quantidades de dados com rapidez. Figura 7. Medições entre marcadores no modo de registro de dados. Figura 6. Registro de dados exibindo tensão, corrente e potência (descarga de uma bateria real). Figura 8. Esta medição CCDF revela os principais atributos da corrente de standby de um smartphone.

7 07 Keysight Avaliando a Descarga de Baterias com as Unidades de Fonte/Medida com 2 Quadrantes N6781A ou N6785A e o Software de Controle e Análise 14585A - Nota de Aplicação Resumo Usar a bateria verdadeira em vez de uma fonte de alimentação CC para analisar o dreno da bateria de um dispositivo alimentado por ela permite verificar o tempo operacional e a capacidade reais da bateria para obter resultados mais precisos. O recurso patenteado de medição com seleção contínua de faixa, disponível nas SMUs N6781A e N6785A, supera as deficiências de abordagens tradicionais que empregam transdutores de corrente. Esse recurso de medição contínua ajusta a faixa de medição dinamicamente para possibilitar máxima precisão em cada ponto da forma de onda de corrente durante a descarga da bateria. O voltímetro auxiliar, o modo osciloscópio e o modo de registro de dados são ferramentas adicionais disponíveis na SMU N6781A e no analisador de potência CC N6705B que ajudam a avaliar a descarga da bateria. Você pode controlar a SMU N6781A dentro do mainframe analisador de potência CC N6705B com o painel frontal ou com o software de controle e análise 14585A. Para testar o software de controle e análise 14585A gratuitamente por 30 dias, acesse Literatura Relacionada da Keysight Keysight 14585A Control and Analysis Software for Advanced Power Supplies, Folha de Dados, EN Unidades de Fonte/Medida (SMUs) da Série N6780 para o Sistema de Alimentação Modular N6700 da Keysight, PTBR Keysight N6780 Series SMUs Essential Configuration Guide, EN Keysight N6705 DC Power Analyzer, Guia do Usuário,N Aumente a Duração da Bateria do seu Dispositivo Móvel ou Wireless, PTBR

8 08 Keysight Avaliando a Descarga de Baterias com as Unidades de Fonte/Medida com 2 Quadrantes N6781A ou N6785A e o Software de Controle e Análise 14585A - Nota de Aplicação PADRÃO GARANTIA PADRÃO ANOS ANOS GARANTIA mykeysight Veja apenas o que é relevante para você. AdvancedTCA Extensions for Instrumentation and Test (AXIe) é um padrão aberto que estende o AdvancedTCA para testes de uso geral e de semicondutores. A Keysight é um membro fundador do consórcio AXIe. ATCA, AdvancedTCA e o logo ATCA são marcas comerciais registradas nos EUA do PCI Industrial Computer Manufacturers Group. LAN extensions for Instruments agrega o poder da Ethernet e da Web aos seus sistemas de teste. A Keysight é um membro fundador do consórcio LXI. A instrumentação modular PCI extensions for Instrumentation (PXI) oferece um sistema de medição e automação robusto e de excelente desempenho baseado em PC. Três Anos de Garantia Um compromisso da Keysight para produtos com qualidade superior e custo total de propriedade mais baixo. A única empresa de teste e medição com três anos de garantia padrão para muitos instrumentos, no mundo todo. Planos de Assistência da Keysight Até cinco anos de proteção e nenhuma surpresa no seu orçamento para garantir que seus instrumentos operem conforme as especificações e que você possa confiar em medições precisas. Keysight Technologies, Inc. Certificação DEKRA ISO 9001:2008 Sistema de Gestão de Qualidade Rede de Distribuidores da Keysight Tenha o melhor dos dois mundos: o conhecimento em medição e a extensa linha de produtos Keysight com a conveniência do canal de parceria. Para mais informações sobre produtos, aplicações ou serviços, contate a Keysight mais próxima de você. A lista completa está disponível em: Américas Brasil Canadá (877) Estados Unidos (800) México Ásia e Pacífico Austrália China Cingapura Coreia Hong Kong Índia Japão 0120 (421) 345 Malásia Taiwan Outros países (65) Europa e Oriente Médio Alemanha Áustria Bélgica Espanha Finlândia França Irlanda Israel Itália Luxemburgo Países Baixos Reino Unido Rússia Suécia Suíça Opção 1 (AL) Opção 2 (FR) Opção 3 (IT) Para outros países, acesse: (BP ) Despertando Insights em Medição Informações sujeitas a alterações sem aviso prévio. Keysight Technologies, Published in USA, May 29, PTBR