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        設計安全電源,靠「量測」問診

        本文作者:任苙萍       點擊: 2016-11-14 11:09
        前言:
        多一分量測,少十分風險
        人氣手機「驚爆」頻傳,坊間已有廣泛討論。從企業管理角度思忖,搶鮮上市的「生魚片」文化、貪多嚼不爛地盲目提升規格,確實都是深層釀禍基因;然就技術層面剖析,組件/電路設計、充電系統、機構塑形乃至于電池芯、隔離板,都身負嫌疑。其實,有些表面看來「理所當然」的好事,卻遲未有人身先士卒……背后往往藏有業界心照不宣的秘密或共識。一旦易地而處,不妨先捫心自問:為何別人不做?是沒能力,還是根本沒這個打算?
         
            手機電池容量的擴充就是一例。基于續航力考慮,大家都知道容量越大越好,為何多數廠商仍采取保守策略?原因當然很多,諸如:效能、成本、體積、重量、技術門坎……但其中一個極為關鍵的決策點是「安全」。生活中隨處可見的鋰電池,雖然不像鎳氫電池具有記憶效應,須將電力耗盡再充、且最好一次充飽那么麻煩;但另一方面,卻也因其屬性相對活潑,一旦過充、過放,會大幅減少電池容量、甚至損壞化學結構、無法再行還原,造成不可逆的后果。
         
            為了消費大眾安全與電子產品耐用著想,從組件制造、系統設計到量產驗證皆須嚴謹把關,量測的重要性亦與日俱增,主要目的在于讓研發人員檢測組件、系統功耗,或在既定功耗下驗證效能表現,以改善電路設計;同時讓產線人員能據以確認產品性能,是否合乎開發目標及行業法規,并作為正式送實驗室測試前的 pre- test,降低來回驗證成本。值得留意的是,產品的多任務趨勢將憑添更多潛在風險與測試難度,導致量測儀器發生質變:
        1. 物聯網 (IoT) 裝置對于低功耗的期望更高,電源量測儀器的觀測范圍和分辨率皆有所提升;
        2. 靜態觀測無法掌握「瞬間」突波,具有動態仿真功能的電源供應器 (Power Supply) 繼之而起,有供貨商進一步主張以「多檔位」因應不同功率測試;
        3. 能量守恒定律,電 vs. 磁可能互相牽引,供電系統異常肇因須經多方檢視,促使傳統示波器朝向「混合訊號」方向邁進;
        4. 為簡化測試流程并發掘難以察覺的交互影響,「一件式」Multi-function 儀器盛行,或以軟件在專業單機上實現、或以 PC-based 的 PXI 開放式模塊插卡;
        5. 有廠商認為,單機在輸出功率、隔離能力與遠程控制較占優勢,而 PXI 模塊傳輸較快但背景噪聲相對較大,且恐有「瓦數」限制,不利大功率電池測試;
        6. 若有技術細節的精致調變需求,PXI 模塊因編程靈活度高,更適合進行產品差異化。
           
        隨著半導體制程進入奈米時代,混合訊號與電磁干擾 (EMI)、電磁兼容 (EMC)、靜電放電 (ESD) 等問題不小心就會成為危害大局的「致命魔鬼」,綜合量測有其必要性;示波器、任意波形產生器、頻譜分析儀、邏輯分析儀、通訊協議 (protocol) 一致性驗證的合流發展,也就順理成章。此外,測試腳本 (script) 編輯權限、FPGA 乃至于開放式模塊的提供,則可讓產品的開發與生產更富客制化能力。
         
        本期內容:
        ? 安全電源量測之電流波動
        Keysight:電路設計、工作模式與電池充放循環影響甚巨
        ? 安全電源量測之混合示波
        Tektronix:精準量測電流變化才能正確推估電量
        ? 安全電源量測之電池干擾
        R&S:供電系統異常?數字示波器厘清電路或電磁肇因
        ? 安全電源量測之電池管理
        固緯電子: 多檔位電源供應器模擬不同功率電池吃載行為
        ? 安全電源量測之無線充電
        Micropross & 筑波科技:測試規范細節多,一致性認證不容輕忽
        ? 安全電源量測之自定模塊編程
        NI:驗證不嚴謹乃危害電源系統之禍源
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