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測(cè)量待機(jī)漏泄電流技巧與方法
來(lái)源: 日期:2014-1-1 12:42:42 人氣:標(biāo)簽:
電池供電設(shè)備的設(shè)計(jì)或制造者對(duì)漏泄電流(也被稱為待機(jī)電流或暗電流)都非常熟悉而且煩惱,這是為什么呢?因?yàn)榧词乖陔娫撮_關(guān)關(guān)閉或設(shè)備根本沒有“上電”時(shí),電池供電的電路中總是存在一些電導(dǎo),所以就會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象。
于是電子產(chǎn)品在研發(fā)或制造時(shí)一定要考慮漏泄電流或待機(jī)電流。例如移動(dòng)電話、微處理器控制的汽車音響和存儲(chǔ)器電路,即使這些設(shè)備已經(jīng)關(guān)閉.它們也會(huì)從電池吸收少量的電流。實(shí)際上,有些電子設(shè)備由于存在設(shè)計(jì)缺陷.漏泄電流過大,可能會(huì)過早地耗盡電池電量,從而使得電池壽命非常短。當(dāng)然,電子制造商的目的是保證產(chǎn)品工作.并在設(shè)計(jì)和組裝階段增加元件時(shí)進(jìn)行不斷的測(cè)試,以保證其產(chǎn)品質(zhì)量。目前要特別重視的是.設(shè)計(jì)和測(cè)試工程師需要確認(rèn)在產(chǎn)品內(nèi)的電池經(jīng)過充電,然后再關(guān)機(jī)一定的時(shí)間后,當(dāng)再次加電時(shí)還要確保能夠正常工作,不會(huì)發(fā)生電池過度放電至電量耗盡。
值得注意的是:許多電子設(shè)備往往被集成到大型系統(tǒng).例如汽車上安裝的音響、時(shí)鐘和診斷計(jì)算機(jī)。而總體設(shè)備制造商.如汽車廠家,將會(huì)規(guī)定某個(gè)部件能夠從電池消耗多大的漏泄電流。汽車廠家不希望由于車載電子設(shè)備的電流漏泄造成電池過度放電。
面對(duì)這新的挑戰(zhàn),如何應(yīng)對(duì)是研發(fā)或制造者及用戶迫切需解決的問題。在該解決方案中,首當(dāng)其沖是要對(duì)電子設(shè)備測(cè)量待機(jī)漏泄電流,從而再視漏泄電流程度實(shí)施消除措施。然而用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量是 佳選擇,值此就用新型數(shù)字萬(wàn)用表(以fluke產(chǎn)的8808a為例)準(zhǔn)確測(cè)量泄漏電流(納安級(jí)小電流)技巧與方法作如下說(shuō)明。
為了避免移動(dòng)電池在短短幾小時(shí)后即電量耗盡,或者電子設(shè)備(如汽車音響)在一上午就把電池(如汽車音響的汽車電瓶)的電量耗盡,設(shè)計(jì)或制造人員工在開始設(shè)計(jì)階段就必須測(cè)量漏泄電流。然后,在生產(chǎn)階段.測(cè)試工程師必須能夠確保產(chǎn)品在發(fā)貨時(shí)滿足其技術(shù)條件(如工作時(shí)間等)。換句話說(shuō),為了避免漏泄電流太大,就必須要確定漏泄電流的總量。
1.傳統(tǒng)測(cè)量法的缺陷
從表面看來(lái),這項(xiàng)任務(wù)好像很簡(jiǎn)單:用一塊高質(zhì)量的數(shù)字萬(wàn)用表連接到相應(yīng)的端子即可測(cè)得直流電流。但是,實(shí)際上并沒有那么簡(jiǎn)單。因?yàn)槁┬闺娏魍ǔH為微安級(jí),用傳統(tǒng)的數(shù)字萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量并不準(zhǔn)確。這是什么原因呢?
不準(zhǔn)確的原因是數(shù)字萬(wàn)用表通常是使用一個(gè)已知阻值的分壓電阻的形式與被測(cè)電路串聯(lián)進(jìn)行測(cè)量的.這個(gè)分壓電阻也叫分流器。當(dāng)有電流通過時(shí),數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量分流器上的壓降,然后利用歐姆定律計(jì)算電流;這種用分流器的方法會(huì)在分流器上產(chǎn)生一個(gè)電壓降,被稱為分流器電壓,見下圖所示。根據(jù)基爾霍夫電壓定律,電路的總電壓中要減去這個(gè)電壓。所以分流器電壓就成為了誤差,產(chǎn)生的誤差可能會(huì)達(dá)到10%。
2.新技巧與方法
通過使用較小的分流器電阻,設(shè)計(jì)或測(cè)試人員可減小誤差量,并且數(shù)字多用表確實(shí)通過變化分流器電阻值來(lái)提供可選的電流量程。然而,使用低電阻值分流器將減小被測(cè)電壓靈敏度,以致造成測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確或不穩(wěn)定。為了使得從分流器得到的電壓,應(yīng)可以使用 低的電壓量程,即一般為loomv或200mv量程,其ima量程的分流器阻值要達(dá)到1ooω,若是在數(shù)字萬(wàn)用表采用運(yùn)算放大器i-v轉(zhuǎn)換技術(shù).在測(cè)量小電流時(shí)作為一個(gè)安培計(jì)與電路串聯(lián)時(shí),可以在輸入阻抗有非常低的同時(shí)獲得更好的測(cè)量準(zhǔn)確度,見下圖所示。
為此應(yīng)用一個(gè)實(shí)例來(lái)分析誤差大小。下圖中電路電源為1.2v直流,被測(cè)負(fù)載為lokω,計(jì)算獲得的電流為120μa。然而,當(dāng)采用了串聯(lián)分壓電阻(lkn)時(shí),測(cè)得通過被測(cè)裝置的電流下降為109μa或更低。設(shè)計(jì)安培表的工程師常常會(huì)增大分壓電阻值,來(lái)改善小電流測(cè)量的靈敏度。當(dāng)分壓電阻增大時(shí),測(cè)量誤差也會(huì)增大。
對(duì)于新式的8808a數(shù)字萬(wàn)用表在2000μa和200μa兩個(gè)量程內(nèi)采用了使用運(yùn)算放大器的“電流一電庠轉(zhuǎn)換器”。在這些量程下.運(yùn)算放大器在電路中引起的輸入阻抗非常小,并將未知的輸入電流轉(zhuǎn)換為電壓.無(wú)需大阻值的分流器電阻,從而消除了成為誤差的分流器電壓。所以,在選定的量程下進(jìn)行小電流測(cè)量時(shí),其分辨率高達(dá)ina.準(zhǔn)確度達(dá)0.03%.而負(fù)載效應(yīng) 小,測(cè)量結(jié)果能夠真實(shí)反應(yīng)實(shí)際應(yīng)用情況。
之所以以8808a數(shù)字萬(wàn)用表為例,其因是它擁有種類繁多的功能,可以測(cè)量電壓、電阻和電流等,而且直流電壓基本準(zhǔn)確度高達(dá)0.01-5%.由于它針對(duì)一些常用測(cè)量進(jìn)行了優(yōu)化,讓用戶可以極其方便快速地完成測(cè)量。這使之非常便于使用,即使是不熟悉的操作員,也可輕松操作。尤其突出的優(yōu)勢(shì)是該表前面板上的六個(gè)按鈕的功能就像汽車收音機(jī)上的電臺(tái)預(yù)設(shè)按鈕一樣,只需為某一常用測(cè)量設(shè)置儀表,按shm按鈕,然后再按其中~個(gè)設(shè)置按鈕(si至s6).即可保存設(shè)置。以后每次執(zhí)行該測(cè)量時(shí),只需按一下相應(yīng)的設(shè)置鍵即可。
關(guān)于提防誤差源注意要領(lǐng)
在進(jìn)行小電流測(cè)量時(shí),設(shè)計(jì)師和測(cè)試工程師應(yīng)了解可能的誤差源,以及如何消除其影響,這里有一些常見的故障點(diǎn):
1.外部漏泄電流,例如污染引起的漏電流(污垢、油脂、助焊劑等),無(wú)論是被測(cè)設(shè)備、測(cè)試儀器本身,還是測(cè)試電纜或連接器,污染物都能為電流提供通路,從而引起測(cè)基誤差。在設(shè)計(jì)階段,工程師應(yīng)該在測(cè)試之前用酒精清潔所有潛在的污染表面;在組裝階段,各方面的清潔是至關(guān)重要的。
2.任何形式的噪聲和干擾都會(huì)引起測(cè)量直流小電流讀數(shù)的誤差:交流干擾和噪聲會(huì)使靈敏的放大器產(chǎn)生不正確的讀數(shù).為此可以采取濾波措施,并采用同軸電纜或屏蔽雙絞線連接,可以降低讀數(shù)誤差;任何形式的交流干擾會(huì)造成測(cè)量結(jié)果的波動(dòng),其振動(dòng)也會(huì)造成導(dǎo)體相對(duì)于磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng),從而在電路中產(chǎn)生容易引起誤差的噪聲:熱能會(huì)使分壓電阻或被測(cè)裝置中的電路中的電子產(chǎn)生隨機(jī)運(yùn)動(dòng)和碰撞,從而產(chǎn)生熱噪聲。其噪聲電壓與電路中的電流和電路中的電阻值(包括被測(cè)裝置和測(cè)量電路)的平放成比例。而采用低阻值的分壓電阻和反饋電阻.使用低噪聲的優(yōu)質(zhì)電阻對(duì)降低噪聲有一定作用。
現(xiàn)在已經(jīng)是電池供電的微電子時(shí)代,由于對(duì)電池性能指標(biāo)要求苛刻,待機(jī)電流測(cè)量準(zhǔn)確度的重要性也會(huì)更加明顯。如果我們能夠用標(biāo)準(zhǔn)的臺(tái)式萬(wàn)用表準(zhǔn)確測(cè)量實(shí)際的納安級(jí)電流,就可專心研宄如何改善電池的性能。
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