Bob Zollo, Agilent Technologies
מכל המפרטים של מכשיר מופעל-סוללות, זמן פעולת הסוללה (עד להתרוקנות) הינו מפתח. כל משתמש רוצה שהמכשיר שלו יפעל זמן ארוך יותר לאחר טעינה. לכן, ידיעת זמן הפעולה (run-time) של המכשיר שלך הינה חשובה, לא רק כדי להציג את המכשיר למשתמש הקצה, אלא כאמצעי לדעת אם שיפורים של ניהול הספק בתוך המכשיר מצליחים להגדיל את זמן הפעולה של הסוללה.
שיקולים עבור בדיקות התרוקנות סוללה
זמן הפעולה של סוללה נקבע על ידי בדיקת התרוקנות סוללה. בבדיקה זו, אתה מפעיל את המכשיר שלך כאשר הסוללה שלו מלאה, ומדד את הזמן עד שהוא מפסיק לעבוד. הזמן שנמדד הינו זמן הפעולה של הסוללה (battery run-time). בדיקה זו אינה כה פשוטה לביצוע, שכן ישנם, מדוד סימולציית סוללה
עד היום שימוש בספק כוח על מנת לדמות את הסוללה במהלך בדיקת התרוקנות, לא היה מעשי. בעוד שזה עשוי להיות טרדה להבטיח עקביות של הסוללה (סוג ומטען), שימוש בספק כוח כדי לבצע הדמיה של סוללה מציג משתנים נוספים ושגיאות בבדיקה.
ספק כוח תקני לא יתפקד כסוללה שכן הוא אף פעם לא מתרוקן, כך שבדיקת ההתרוקנות לעולם לא תגיע לתנאי סיום. במקום זאת, ספק הכוח יצטרך תכונות מיוחדות על מנת להיות אמולטור של סוללה. חלק מהאמולציה הינו להיות בעל התנגדות פלט נשלטת ובעל תגובה ארעית מצוינת ביחס לפולסי זרם הנמשכים על ידי המכשיר. אולם על מנת לבצע אמולציה מלאה של סוללה, מתח היציאה של ספק הכוח יצטרך לצנוח עם משיכת מטען מספק הכוח למכשיר במהלך בדיקת ההתרוקנות. הסימולציה של התרוקנות הסוללה ממצב מלא לריק הינה מאתגרת ויש לשלב בה מודלי סוללה מתוחכמים. אם מודל הסוללה אינו מתאים, התוצאות המושגות בעת השימוש בספק כוח לא יתאמו את התוצאות של השימוש בסוללה. עד שפתרון מידול סוללה יהפוך לזמין, הדרך הטובה ביותר לבצע בדיקת התרוקנות הינה להשתמש בסוללה אמיתית, שכן זה יספק בדיוק את אותן התוצאות שאותן יחווה משתמש הקצה.
מהנדסים רוצים לראות יותר מזמן פעולה בלבד
כאשר מתכננים התקן, תרצה בתובנות נוספות בנוגע למה שמתרחש במהלך הבדיקה מעבר למדידת זמן הפעולה גרידא. משמעות הדבר תהיה מדידת הזרם הנמשך מהסוללה והמתח בסוללה בו זמנית. על ידי הכנת תרשים של מתח וזרם לעומת זמן, מושגת תמונה מלאה של תהליך ההתרוקנות (תרשים 1).
כדי למדוד סימולטנית את מתח הסוללה והזרם העובר בין הסוללה והמכשיר, אנו זקוקים ל: שני DMMs, רושם נתונים (data-logger) דו-ערוצי, או דיגיטייזר דו-ערוצי. מדידת מתח הסוללה הינה כמעט טריביאלית, שכן המתח ישתנה באיטיות, כך ש-DMM או רושם נתונים המבצעים מדידה אחת לשנייה אמורים להיות מהירים מספיק כדי לבצע רישום של צורת הגל של המתח הדועך לאיטו. אולם מדידת הזרם עשויה להיות אתגר הרבה יותר גדול. במכשירים רבים המופעלים על ידי סוללות משתמשים בתכניות מתוחכמות לניהול הספק על מנת להגדיל את זמן הפעולה. תכניות אלה מפעילות ומפסיקות תת-מערכות במכשיר למשך מאות של מיליוניות השנייה לפי הצורך על מנת לחסוך בהספק הנצרך. התוצאה הינה צורת גל של זרם המשתנה במהירות ויכולה לנוע ממיקרו-אמפרים לאמפרים. DMMs מבצעים מדידות משולבות היכולות לקחת מאות אלפיות השנייה כך שהן לא יכולות ללכוד צורת גל של זרם המשתנה במהירות.
סוגיה נוספת הקשורה לשימוש ב-DMM הינה מתח משא (burden voltage). כאשר תצורת ה-DMM נקבעת כמד אמפר, הזרם האמור להימדד עובר דרך מיצד (shunt) זרם מכויל בתוך ה-DMM. ה-DMM מודד את צניחת המתח לאורך המיצד ומחשב את הזרם. צניחת המתח בתוך ה-DMM מקטינה את המתח הזמין בהתקן הנבדק ולכן מטילה מעמסה על המעגל. מתח המשא יכול להיות מאות אלפיות הוולט (תרשים 2).
כאשר מנסים למדוד צורת גל המשתנה במהירות על פני תקופת זמן ארוכה, נראה כי דיגיטייזר הינו הבחירה הטובה ביותר. לדיגיטייזרים יש טווח תדרים רחב דיו כדי ללכוד צורות גל המשתנות במהירות, אולם הם אינם מודדים זרם ישירות כך שיש צורך להשתמש במיצד זרם. אם הטווח הדינמי של הזרם האמור להימדד הינו מיקרו-אמפרים עד אמפרים, מהו גודל המיצד שעלינו לבחור? אם גודלו מיועד למדוד את הזרם הנמוך ביותר בצורה מדויקת, תהיה צניחת מתח גדולה לאורך המיצד במהלך האירועים של זרם גבוה וזה יציב מתח משא בלתי נסבל על המעגל. אם גודל המיצד מותאם לזרם גבוה, בזרם נמוך ייתכן שלא יהיה די מתח על מנת שהדיגיטייזר ימדוד בצורה מדויקת. לפיכך, ייתכן שיהיה עליך להתפשר על דיוק מדידת זרם ברמה הנמוכה על ידי בחירת מיצד המותאם לזרמים גבוהים (עם צניחה קבילה של מתח משא) וזרמים נמוכים (עם צניחת מתח העשויה להיות בגבולות הנמוכים של יכולת המדידה של הדיגיטייזר).
פתרון חדש עבור בדיקות התרוקנות סוללה
ביוני 2010, Agilent Technologies הציגה את ה-N6781A Battery Drain Analyzer ותוכנה מוכנה לביצוע בדיקות התרוקנות (תרשים 3). ניתן לקבוע את תצורת ה-N6781A כמד אמפר של אפס משא (zero burden), כאשר משמעות הדבר הינה אפס צניחת מתח לאורך המכשיר כאשר הוא מודד זרם העובר בין הסוללה ובין ההתקן. המכשיר מציע מאפיין ייחודי הנקרא seamless ranging היכול בצורה מיידית ואוטומטית לשנות טווח ומדידת זרמים ממיקרו-אמפרים לאמפרים במהירות של 100,000 דגימות לשנייה בלי לאבד נתונים כלשהם במהלך שינוי הטווח, דבר ההופך אותו למותאם בצורה אידיאלית למדידת זרמים דינמיים במהלך בדיקות התרוקנות. יתר על כן, הוא יכול למדוד סימולטנית את המתח לאורך הסוללה. עם תוכנת הבקרה והניתוח Agilent 14585, ניתן לארגן במהירות בדיקת התרוקנות, ומדידות התרוקנות יכולות להירשם ולהיות מוצגות בתרשים בלי לכתוב שום קטע קוד.
