可编程电源的远程测量功能通过分离电流回路与电压采样路径(即四线制Kelvin连接),消除测试线阻对电压测量的影响,实现高精度、长距离的电压/电流监测。其核心应用场景涵盖高精度测试、长距离供电、分布式系统、危险环境监测等领域,以下是具体应用及技术原理:
一、高精度测试场景:消除线阻误差
- 低阻抗负载测试
- 应用场景:测试低阻值电阻(如0.1Ω)、精密分流器或电池内阻时,测试线本身的电阻(如0.01Ω/m)会引入显著误差。
- 技术原理:远程测量通过专用电压采样线(Sense+、Sense-)直接连接负载两端,电流通过独立的高电流路径(Force+、Force-)流动。由于电压采样线仅承载微安级电流,线阻压降可忽略(如<1μV),确保测量精度。
- 案例:在测试0.1Ω电阻时,若测试线长2m(线阻0.02Ω),传统两线制测量电压误差达20%(0.02Ω/0.1Ω),而远程测量可将误差降低至<0.01%。
- 高精度ADC/DAC测试
- 应用场景:测试16位以上ADC(如AD7768,ENOB=14.5位)或DAC时,输入/输出电压需稳定在±0.5mV以内,传统测量可能因线阻导致误差超过1LSB(最低有效位)。
- 技术原理:远程测量将电压采样点直接置于ADC/DAC引脚附近,避免测试线压降干扰。例如,在测试24位ADC(如LTC2442)时,远程测量可确保参考电压精度<1μV,满足其动态范围(0~5V)下的0.00000024V分辨率要求。
二、长距离供电与测试场景:补偿线阻压降
- 分布式电源系统测试
- 应用场景:在数据中心、通信基站等场景中,电源需为数十米外的负载供电(如服务器机柜、5G基站),测试线阻可能导致负载端电压跌落(如0.1Ω线阻在10A电流下产生1V压降)。
- 技术原理:远程测量通过实时监测负载端电压(而非电源输出端电压),结合可编程电源的“线阻补偿”功能,自动调整输出电压以抵消线阻压降。例如,若线阻为0.1Ω,负载电流为10A,电源可自动将输出电压提高1V,确保负载端电压稳定。
- 案例:在测试48V通信电源时,远程测量可将长距离(50m)供电的电压跌落从5%(2.4V)降低至0.1%(0.048V)。
- 自动化生产线测试
- 应用场景:在汽车电子、消费电子等自动化生产线中,被测设备(DUT)可能位于测试夹具的远处(如1~5m),传统测量需移动电源或延长测试线,增加成本和误差。
- 技术原理:远程测量通过固定电压采样点(如夹具上的测试探针),结合可编程电源的远程控制接口(如GPIB、LAN、USB),实现“电源输出端”与“测量端”的空间分离。例如,在测试汽车ECU时,电源可放置在控制柜内,而电压采样线直接连接ECU引脚,避免长距离测试线干扰。
三、危险或受限环境监测:保障人员安全
- 高压/大电流测试
- 应用场景:测试高压电池(如400V电动汽车电池)或大电流设备(如电机驱动器)时,直接接触测试点可能存在触电风险。
- 技术原理:远程测量通过绝缘电压采样线(如耐压1000V的同轴电缆)将高压信号传输至安全区域的测量仪表,操作人员可在远处监控电压/电流。例如,在测试电动汽车电池充放电时,远程测量可避免操作人员接触高压端子,同时确保测量精度<0.1%。
- 高温/低温环境测试
- 应用场景:在高温炉(如800℃)或低温箱(如-40℃)内测试材料电性能时,传统测量仪表可能无法耐受极端温度。
- 技术原理:远程测量将电压采样线延伸至测试腔体内,而测量仪表放置在常温环境。例如,在测试高温超导材料时,远程测量可确保在-196℃(液氮温度)下仍能准确监测电压,同时保护仪表免受低温损坏。
四、多节点并行测试场景:提升测试效率
- 电池组均衡测试
- 应用场景:在电动汽车电池组(如由数百节电池串联/并联组成)测试中,需同时监测每节电池的电压,传统方法需为每节电池配置独立电源和测量通道,成本高昂。
- 技术原理:远程测量通过多路复用器(MUX)切换电压采样线,结合可编程电源的“多通道远程测量”功能,实现单台电源对多节电池的并行监测。例如,使用一台6通道可编程电源(如Keysight N6705C),可同时测试6节电池的电压,采样速率达1MSa/s,满足电池管理系统(BMS)的实时性要求。
- 集成电路(IC)多引脚测试
- 应用场景:在测试复杂IC(如SoC、FPGA)时,需同时监测多个电源引脚(如VDD、VSS、VREF)的电压,传统方法需多次连接测试线,效率低下。
- 技术原理:远程测量通过矩阵开关(如NI PXI-2535)自动切换电压采样线,结合可编程电源的“扫描测量”功能,实现多引脚电压的快速采集。例如,在测试FPGA时,远程测量可在1秒内完成32个电源引脚的电压监测,测试效率提升10倍以上。
五、典型应用案例与效果
- 案例1:电动汽车电池测试
- 需求:测试400V/200Ah电池组的充放电特性,需监测每节电池的电压(精度±0.1%)、电流(精度±0.01%),同时避免高压触电风险。
- 解决方案:使用可编程电源(如Chroma 63200)的远程测量功能,通过耐压1000V的电压采样线连接每节电池,结合绝缘电流传感器(如Pearson 411)监测电流。
- 效果:测试效率提升50%(传统方法需4小时,远程测量仅需2小时),人员触电风险降低至零。
- 案例2:5G基站电源测试
- 需求:测试-48V电源在50m长距离供电下的电压稳定性(波动<0.1%),同时需在高温环境(60℃)下持续运行。
- 解决方案:使用可编程电源(如AMETEK Sorensen SGX1000)的远程测量功能,结合线阻补偿算法,将电压采样点置于基站负载端,并通过耐高温电缆(如PTFE绝缘)传输信号。
- 效果:电压波动从0.5%降低至0.05%,满足5G基站对电源稳定性的严苛要求。
六、技术优势总结
优势 | 传统测量局限 | 远程测量解决方案 |
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高精度 | 线阻引入误差(如0.1Ω线阻在1A电流下产生0.1V误差) | 四线制连接,消除线阻压降 |
长距离兼容性 | 测试线过长导致信号衰减(如>10m时电压跌落>5%) | 实时监测负载端电压,自动补偿线阻压降 |
安全性 | 高压/大电流测试需直接接触,存在触电风险 | 绝缘电压采样线传输信号,操作人员远离危险区域 |
效率 | 多节点测试需多次连接,耗时(如测试32节电池需32次连接) | 多路复用器+扫描测量,单次连接完成多节点测试 |
环境适应性 | 极端温度/腐蚀性环境损坏仪表 | 采样线延伸至测试腔体,仪表放置在安全区域 |