电源动态实时功率分析及供电瞬态特性的仿真

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汽车电子中真实故障波形捕捉及回放
捕捉到的波形经过14585A软件直接导入N6705 或APS，可以将通过电源复现出刚才的特殊电 压波形 优点：基于示波器、APS和N6705，方便波形 故障的捕获和回放，便于故障分析、定位和 调试
实时电压波形
使用示波器捕捉实 际电压瞬变波形
短路现象发生时，瞬间电流增大， 造成电压的快速跌落，当保险丝因 电流增大熔断时，电压恢复正常，
模拟常见情况下保险丝熔断时，对周围电路供电的影响
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可能造成供电中断、故障的原因
抛负载或感性器件造成的过冲电压
ECU 电磁阀负载通常为感性负载，截止时通常伴随很大的过冲电压，幅 度可能达到上百伏 负载脉冲一般上升沿在1毫秒到10毫秒之间，脉冲宽度约为50-400毫秒
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测试设备开机浪涌电流Inrush
开机浪涌测试关键参数： 1. 启动瞬间的相位； 2. 电源可以输出瞬间峰值电流能力；
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模拟交流供电的电压跌落（Dropout）
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模拟电源的缓升（Surge）或缓降（Sag）
电源动态实时功率分析 及
供电瞬态特性的仿真
主讲人：吕宝华 电源和能源事业部
内容安排
交、直流供电系统中的瞬态电压模拟仿真
电压瞬态特性及不同行业定义的电压瞬态波形
AC681X 交流瞬态模拟仿真
N6705B/N7900 直流瞬态电压仿真
精密、实时电能质量及功率分析
电能质量及功率分析仪测试挑战 PA2201A应对实时、瞬态的电能质量分析
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交流瞬态特性仿真的手段 - AC681X交流源分析仪
6811B 功率 输出模式 AC电压Vrms AC 电流值 AC峰值电流 DC功率 DC电压 DC电流 AC频率 交流 总谐波失真 375VA 6812B 6813B 750VA 1750VA AC + DC 300V 3.25A 6.5A 13A 40A 40A 80A 285W 575W 1350W 425V 2.5A 5.0A 10.0A DC：45HZ至1KHz 0.25%， 50/60Hz; <1.0% ，45Hz – 1KHz
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汽车电子产品供电特性测试要求——ISO 16750
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常用的瞬态电压仿真及测试的标准
• ISO 16750， 道路车辆一电气和电子装备的环境条件和试验 • ISO 7637， 道路车辆--来自传导和耦合的电气骚扰 • GJB-181，GJB-181A，飞行电子设备供电特性 • GJB-298，军用车辆28伏直流电气系统特性 • IEC 61000-4-29，各种电气与电子设备作电磁兼容性的测试 • RTCA DO-160F,机载设备环境条件和试验程序 ……各种按照产品供电特性自定义的电压瞬态要求，如下图为某IC设计工作自定义波形
谐波分量 总谐波失真THD 功率W, VA, VAR
示波器是否可以完成 这个测试任务? …. 待续
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只关乎精度（效率大于100%？）
太阳能板 DC输入 100 W
太阳能 逆变器 实际效率为 95% =》 100 W 输入 95 W 输出
95 W
逆变器 AC输出
2.2ms
0.35ms 0.35ms
如果上述车用ISO16750瞬间短路波形： 1. 电压调节速度很快，理想的低落； 2. 电压调节速度够快，低落幅度达到， 波形不理想； 3. 电压调节速度不够，幅度和波形均达 不到要求。
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14585A电脑端控制及分析软件
ECU/TCU ABS/安全气囊 雨刷器 车灯 自动门锁 总线系统 娱乐系统 。 。
GND
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可能造成供电中断、故障的原因
发动机启动时的瞬间电压跳变
发动机启动瞬间造成的电压跳变是汽车供电环境中最难以预测的变化。这对车 载电子产品(ECU)的设计人员提出了严峻的考验，他们必须保证自己设计的ECU产 品能够承受住这些干扰
波形及测试数据轻松保存至Excel
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GUI软件的参数设置及波形观察
分为三个区域：输出参数设置区；测量配置及显示坐标调节区；测试结果读数显示区。
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测量功能和显示结果选择
测量选项包括： • 电压或电流实时波形 • 电压或电流的各次谐波幅度 • 电压或电流的各次谐波相位
锂电池作为电源，由于内阻的影响，输 出电压随电流变化而波动。 汽车、飞机等电池与发动机供电切换过 程中出现的电压跌落及震荡。
电源同时给多给负载供电，当某个负载 突然断开或接入时，出现瞬间跌落甚至 抛负载现象。
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为什么及哪些产品需要进行瞬态仿真测试？
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交流系统的瞬态
纯净稳定的正弦波
市电停电
“切换瞬变”尖峰
“振铃式”瞬态干扰
电压下陷
电压上涌
“换相失真”干扰
高频噪音干扰
频率不稳
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直流系统的瞬态电压？
实际的供电电路无法保证绝对稳定 ， 例如
等级 在施加骚扰期间 能执行其预先设计 的所有功能 有一项或多项指标 超出规定的偏差 不执行其预先设计 的一项或多项功能 不执行其预先设计 的一项或多项功能 不执行其预先设计 的一项或多项功能 自动恢复到正常工作范围内 能自动恢复到正常操作状态 需要通过简单的“操作或使用”复位动作， 才能自动恢复到正常操作状态 如果不修理或不替换装置或系统，则不能 恢复其正常操作。 在施加骚扰之后
•
导入波形文件——波形文件可以支持示波器捕捉的波形，14585A示波器或数据记
录仪保存波形，用户CSV格式编辑波形 ；
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内置波形组合的“ISO16750启动波形”编辑过程
16750 启动波形
• • 将复杂的波形分解成多个简单波形： 脉冲，正弦波，三角波等 多个基本波形经过拼接后，可以生成 所需要的电压顺便波形模板
测量输入 功率
测量输出 功率
• • •
交流源
交流 输入
直流 输出
被测件 = 交流-直流适配电源
直流 电子负载
• •
• 典型的功率分析 • •
及测量
交、直流的功率消耗 功率转换的效率 交流功率参数 • 频率 • • 功率因素PF • • 相位差 •
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• 支持N6705B直流电源分析仪和APS， 可同时控制多达4台N6705B主机或APS • 通过PC进行参数设置，捕获电压，电流 原始数据等； • 增强了数据控制和分析功能，更便捷的 • 波形捕捉和回放，数据导入、导出， 直接将复杂波形转换为任意波形发 生器输出等； • 提供CCDF统计分析，用于电流分 布情况分析；
数据及图形导出至Excel功能
“所见即所得式”测试数据导出 至EXCEL
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典型直流供电系统
– 汽车电源系统的基本结构
12V Bus Voltage
电压调节
DC / DC Converter
12V
5V
DC Moto
Battery
DC / DC Converter
作为测试要求，需要能够在实验室环境下产生出类似的电源干扰波形，这在以 往传统测试条件下是很难达到的
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可能造成供电中断、故障的原因 - 短路
为防止短路造成的电源系统故障，熔断保险丝或断路器被应用于每 条供电线路中，以防止过大电流的出现。但熔断器在熔断过程中会造成电 压的瞬间跌落，形成负电压脉冲，对周围的其他用电设备产生供电中断影 响
P o w e r A m p l i f i e r A r b i t r a r y W a v e f o r m G e n e r a t o r V , I D i g i t i z a t i o n
P o w e r M e t e r
D F T A n a l y z e r
S h u n t s L i n e I m p e d a n c e N e t w o r k
•
N7900 先进电源系统， 1KW ,2KW
14585A PC端软件
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Test & Measure Expert @ Automotive
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满足瞬态模拟电压调节速度要求
电源模块型号
N6751/N6752A/ N6753A/N6755A/
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模拟特定谐波分量波形
自定义谐波分量电压波形
AC 681X交流电源分析仪支持按 照各次谐波幅度和相位来 编辑电压波形！！！
IntegraVision PA2200
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用户自定义任意波形编辑及输出
图形拖拽波形编辑
波形销峰 + 噪声
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电压范围
50 V 20 V
功率
50W/100 W 300 W/500W
*电压上编程时间
1.5ms 1.5ms
*电压下编程时间
1.3ms 1.8ms
N6754A/N6756A/
N7954A N7977A
60 V
80V 160V
300 W/ 500W
1000W 2000W
2.0ms
0.5ms 0.5ms
操控和更详细的显示
• 增强的缩放、局部放大、清晰的光标设 置和光标运算（如mAh,mWh等能量累
集）等功耗统计分析；
直接将数据存入电脑硬盘，存储数据大 小直接取决于硬盘空间。
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14585A软件中的ARB波形编辑方式
• 内置标准波形及组合——正弦波，三角波，方波，扫频，噪声，阶梯等；
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为什么需要功率分析仪?
业界功率分析的关键参数
PA2201A 功率分析仪 • 隔离、浮置的高电压输入 可直接测量交流线电压 无需差分电压探头或电流 探头 周期性测量，不支持单次 触发 无实时波形显示 无法完成功率随时间快速 变化的测量
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AC681X免费图形化GUI软件
帮助轻松实现： 电压、电流实时波形显示 电压、电流谐波分析
开机浪涌电流（Inrush）测量
瞬间供电中断（Dropout）测量 电压缓升（Surge）或缓降（Sag）测量 RTCA/DO-160标准测试集
• 在实验室模拟实际现场可能会发 生的电压波动，对产品进行“抗
一级 二级 三级 四级 五级
干扰”性能评估，确保产品能够
在实际环境中正常工作及性能
• 对电子电器设备工作稳定性要求 较高的行业及应用，如汽车，高 铁，飞机，医疗，军用设备，通 信网络，数据服务中心等的关键 电源及电子电器设备。
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业绩最灵活的直流电压瞬态模拟方案
• • • • •
N6705B 直流电源分析仪，500W
N6705 及N7900A可以直接编辑产生电压、电流任意波形
1 - 4 个高性能电源和负载 数字电压表和电流表 大功率任意波形发生器 高分辨率数字化仪 数据记录仪 通过前面板的操作可以实现所用的功能和测量
Scope
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1 Novembe源自文库 2006
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内容安排
交、直流供电系统中的瞬态电压模拟仿真
电压瞬态特性及不同行业定义的电压瞬态波形
AC681X 交流瞬态模拟仿真
N6705B/N7900 直流瞬态电压仿真
精密、实时电能质量和功率分析
电能质量及功率分析仪测试挑战 PA2201A应对实时、瞬态的电能质量分析
效率定义： = 输出功率 输入功率 依据测试精度, 测量的效率范围为 89% (92W 输出/101W 输入)至 101% (98W 输出/97W 输入) 结论： 效率测量误差与被测件的实际 值相关，在测试精度要求较高 时，低精度的测量仪表将无法