自適應(yīng)功率優(yōu)化正在徹底改變電芯，助力工程師輕松測(cè)試和調(diào)試 PMIC
2023-11-10 10:53:49 泰克“如果您想要節(jié)約能源和縮減開(kāi)支，那么最好的方法就是關(guān)掉所有的電子設(shè)備。”
盡管這個(gè)建議簡(jiǎn)單至極，卻是一切能耗優(yōu)化管理行為背后的基本原理和不二法門，所謂的自適應(yīng)功率優(yōu)化也不例外。對(duì)于采用電池供電的電子設(shè)備而言，一旦選定了合適的電池電芯供應(yīng)商并將其電芯納入到設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，接下來(lái)就需要由 PMIC 將電芯的續(xù)航時(shí)間發(fā)揮到極致。
要實(shí)現(xiàn)這一目的，最好的方法就是保證所連接的電路系統(tǒng)能夠以最小負(fù)載維持運(yùn)轉(zhuǎn)。按照這一原則，嵌入式便攜電子設(shè)備工程師可通過(guò)對(duì)電源管理控制系統(tǒng)進(jìn)行編程，將輸出電壓連接器處的源電壓盡量保持在 3.6V，同時(shí)準(zhǔn)確估測(cè)出（并盡量避免）一切有害條件。在此過(guò)程中我們會(huì)遇到這樣一種情況：電流吸收會(huì)導(dǎo)致電壓水平降至“紅色閾值”以下，這意味著該電壓無(wú)法繼續(xù)維持負(fù)載電路的運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖 1：物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在各種運(yùn)行條件下的典型電流分布情況
現(xiàn)代 PMIC 的內(nèi)部電路系統(tǒng)可通過(guò)重新調(diào)節(jié)來(lái)維持以下兩種特定條件：
1. 適應(yīng)加載配置以提供最高輸出功率
2. 通過(guò)預(yù)測(cè)工作條件來(lái)智能分配電能
控制回路算法必須仔細(xì)檢測(cè)負(fù)載變化條件，例如因負(fù)載下降而急速出現(xiàn)的電流峰值等等。電源轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)工作包括檢測(cè)此類條件，并啟動(dòng)針對(duì)功率 MOSFET 相關(guān)電路拓?fù)涞膽?yīng)對(duì)措施，從而以可控的方式（即能夠?qū)⑿蕮p失控制在最低水平的方式）調(diào)節(jié)工作頻率。
這項(xiàng)工作用到了受控通信信號(hào)流，并需要重新調(diào)節(jié)各個(gè)轉(zhuǎn)換階段之間的并行配置，故而堪稱“電子的藝術(shù)”。
必要的儀器需求
圖 2：配有自動(dòng)化軟件的典型測(cè)試臺(tái)，用于分析電池供電的便攜式設(shè)備的特性
為了測(cè)試 PMIC，您必須為實(shí)驗(yàn)室添置一些必要的臺(tái)式儀器。這些儀器將幫助設(shè)計(jì)師盡可能真實(shí)地還原現(xiàn)實(shí)生活中的場(chǎng)景。
您需要考慮能源（電池）的電壓和電阻變化，或是剛剛提到過(guò)的負(fù)載變化。如果您能通過(guò)一款高品質(zhì)的萬(wàn)用表來(lái)監(jiān)視電路中的信號(hào)，同時(shí)還原所有源端條件和負(fù)載條件，那么該萬(wàn)用表將成為您手中評(píng)估套件的理想搭檔（前提是這個(gè)萬(wàn)用表足夠緊湊，仍能夠?yàn)槟胖霉P記本電腦留出空間）。
由于您需要用筆記本電腦來(lái)運(yùn)行完成 PMIC 編譯（和重新編譯）工作所需的模擬軟件，如果該儀器帶有自動(dòng)化軟件配套插件，可用于記錄、跟蹤、報(bào)告以及輕松準(zhǔn)確地應(yīng)用多項(xiàng)儀器設(shè)置，則可以為您提供更大的便利。此外，如果該軟件應(yīng)用程序能夠幫助工程師徹底免除繁瑣的編程操作，并為其提供完成工作所需的真正核心功能，那就更好了。
圖 3：KickStart 控制軟件模擬電池信息的屏幕截圖
Keithley SourceMeter 和 Kickstart 軟件
可以將 Keithley SourceMeter? 設(shè)置為電壓源，在設(shè)置特定電池電流速率時(shí)，將所需充電電流設(shè)置為電流限制；并可將其用作恒流電源為電池充電，直至電壓達(dá)到所編程水平為止。此外，還可將 SMU 設(shè)置為用于“耗散”功率的受電裝置。SMU 將吸收電池中的電流，同時(shí)跟蹤流入的放電電流。
圖 4：利用 Keithley SMU 完成鋰離子電池充放電
您可利用腳本來(lái)自動(dòng)設(shè)置電池的充電和放電循環(huán)；這些腳本可通過(guò)儀器上受支持的通信接口或特定的軟件應(yīng)用程序來(lái)控制 SMU，進(jìn)而達(dá)到這一目的。Sourcemeter? 可在電池充電或放電時(shí)以及電流流入和流出時(shí)測(cè)量電池電壓，并創(chuàng)建隨時(shí)間變化的電壓和電流分布圖；這些寶貴的數(shù)據(jù)能夠幫助您確定自適應(yīng)功率優(yōu)化是否達(dá)到了預(yù)期效果。
為了幫助您簡(jiǎn)化測(cè)試設(shè)置并徹底免除編程工作，可以選擇 Keithley Kickstart 軟件，從而能夠?yàn)檎麄€(gè) Keithley SMU 產(chǎn)品組合；所有 DMMS、DAQ 和電源，以及部分泰克 AFG 和大多數(shù)泰克示波器提供支持。Keithley 的 KickStart 軟件專業(yè)電池模擬器應(yīng)用程序可幫助您加快電池建模、電池模擬和仿真以及電池循環(huán)測(cè)試的進(jìn)程；您可以先免費(fèi)試用 30 天，然后再行決定是否需要購(gòu)買本產(chǎn)品，以解鎖開(kāi)發(fā)測(cè)試臺(tái)的全部潛能。
了解Keithley Kickstart 軟件更多，https://www.tek.com.cn/products/keithley/keithley-control-software-bench-instruments/kickstart。
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