3310G系列新世代电子负载的新功能应用说明

3310G 系列新世代电子负载的新功能应用说明

博计电子研发完成最新型的3310G系列电子负载，是由3310F系列电子负载模组升级，包含

3310G（60V / 30A, 150W）
3311G（60V / 60A, 300W）
3312G（250V / 12A, 300W）
3314G（500V / 12A, 300W）
3315G（60V / 15A, 75W）
3316G（80V / 80A, 400W）
3317G（80V / 160A, 800W）
3318G（500V / 20A, 400W）
3319G（500V / 40A, 800W）

如下表所示。

* Turbo ON 功率与电流提升的2倍

新3310G 系列具倍增模式（Turbo Mode）电子负载模组列表

1. Turbo mode（倍增模式）ON/OFF 指示灯，Turbo mode的内建测试功能包括 Short、OCP、OPP、BMS及Fuse测试等五项，Cofig 组态按键中 MPPT 测试模式增加 CC, CR 模式，并增加CV mode 反应时间1~3段设定，Batt 1~Batt3 等电池放电测试模式。

2. Fuse（电流保护元件）Test function ON/OFF

3. BMS（电池管理系统保护装置测试）ON/OFF

4. 新增 CC+CV 与 CP+CV 提供电池放电测试模式。

3310G 系列电子负载模组可以搭配3300G系列机框使用，包括单组的3302G机框，双组的3305G机框与4组的3300G机框（3317G / 3319G属于单机型）。除了延续3310F系列的优异的性能外，新增加了Turbo mode（倍增模式），能够在短时间内承受较3310F系列增加最多达2倍电流与功率的电子负载。

博计在3310G系列上研发的Turbo mode（倍增模式）能够对各式电源供应器，BMS保护装置及电流保护元件（包括Fuse / Breaker / PTC Resettable fuse 自恢复保险丝等）异常的条件下，测试验证其实际动作电流值及实际反应时间。

测试时电流可以提升2倍，改善一般电子负载测试电流不足的困扰，适用Turbo mode 的内建测试功能包括 Short、OCP、OPP、BMS及Fuse 测试等五项。

除了Turbo mode外，持续支持NTC电阻的温度模拟，负载的工作模式除了CC/CR/CV/Dynamic等模式外，对于应用广泛的电池应用特别新增加CC+CV及CP+CV工作模式, 电池的放电容量测试，及动态循环放电等测试。以下针对各个新增功能逐一说明：

1. 电源供应器的异常测试

包括AC / DC、DC / DC电源供应器、Adapter / Charger充电器等产品，除了需供应给电子电机产品稳定的电源外，亦需要对异常状况能够有保护措施，才能确保安全，不会出现过高电流导致过热高温，甚至引起火灾等危险。

Short（短路）、Over Current（过电流）、Over Power（过功率）都是属于异常状况，这些异常状况通常是正常额定规格的 125% ~ 150% ，甚至是 200% ，因此在验证测试这些异常状况时，就必须选用能够满足最大电流值与最大功率值得电子负载才能执行测试。

由于这些异常状况，电源产品必须快速反应相对应的保护机能，因此异常状况出现时间都相当短暂，对于这些异常状况的测试，博计的3310G系列电子负载，就能够在新增加的Turbo mode下在短时间（2秒内）提高电子负载的电流与功率，为3310F系列的2倍，以3311G 60V / 60A / 300W为例，在新增Turbo mode下，能够2秒内提高为120A及600W的电子负载，让电源产品于验证测试异常状况时，3310G系列电子负载具有更大的测试验证能力，除此之外，3310G系列内建的量测电路还能够量测出短路异常状况的保护实际电流值与保护反应时间。

2. BMS保護裝置

目前锂电池已经广泛应用于各种电子产品及电动车等装置，为了保护锂电池不会造成起火燃烧、爆炸等危险，因此锂电池都必须配置BMS保护电路，具体的保护条件就是充电时，充电电压不能超过该锂电池的最大值，放电时，锂电池不能短路或超过其额定电流（OCP过电流）以及温度过高过低保护等。

博计于2015年在3310F系列电子负载上研发完成BMS测试，是属于选用配备（Option），目前在3310G系列上BMS测试已经成为标准内建测试项目，除此之外，新加入Turbo mode使得短路保护电流与过电流保护能够提到2倍，从原来规格为60A，升级到120A的水准（以3311G为例）。

在3310G系列BMS测试功能下，对于锂电池BMS保护电路的短路电流保护及过电流保护提供了快速简单又精确的测试结果，对于BMS短路电流保护来说，一般来说是高于OCP的2倍电流，需要立即 ( uS等级) 保护动作的功能，用3311G高达120A电流拉载，在高电流拉载到BMS的额定短路电流过程中，可以验证BMS的短路保护能否正确的动作，除此之外，3310G系列电子负载还可以检测出BMS短路保护动作时，也就是BMS内部MOSFET开关断开时的实际动作电流值及动作时间。

对于BMS过电流保护方面，系介于正常工作电流与短路电流保护之间，一般来说是高于OCP电流的125%，需要快速（约数百mS等级）保护动作的功能。

3310G系列BMS过电流(充电时过电流及放电时过电流)保护测试系搭配电子负载拉载，然后确认BMS的过电流保护是否动作，当BMS过电流保护无动作则增加拉载电流（I Step），再确认BMS的OCP是否动作，持续此一过程直到BMS OCP动作发生，因此BMS OCP测试可用逐步增加拉载电流扫描出来，得到BMS过电流保护的电流点与动作反应时间。

2.1 BMS的短路，过充电流，过放电流保护原理

BMS电路保护原理如下图，是透过关闭MOSFET（回路电流=0A）来达到保护电池功能。

在BMS内，MOSFET开关是双向的，在正常状态下二个开关都是ON的；由于2个MOSEFT开关有Rds ON电阻，电流流过会产生压降，电池BMS就靠此特性用来侦测充电与放电电流之用，下图所示MOSFET开关状态是过放电电流状态，IC第3脚控制MOSFET为ON，此时放电开关为OFF（由IC第1脚控制）。

当BMS侦测到短路，过放电流或电池过低电压时，会将放电开关OFF来保护电池安全。
当BMS侦测到过充电流或电池过高电压时，会将充电开关OFF来保护电池安全。

2.2 短路保护（SHORT）测试方法：电源（PS）& LOAD连接如图2.1，LOAD测试程序如图2.3。

在短路保护测试模式下，电子负载会拉载到该机型的最大电流值（例如3311G为60A或者 Turbo ON 时的 120A）同时启动计时器来计算实际流过BMS的时间（注：此时间系指超过所设定阀值电流Ith到BMS动作MOSEFT开关OFF，即低于所设定阀值电流Ith之间的时间，除此之外电子负载会测量实际的最大短路电流值，图2.4为4000 mAh 行动电源使用3311G BMS测试的示波器电流波形（左图）及电子负载上电表显示短路最大实际电流与短路保护反应时间（右图）。

2.3 过充电流保护（OCCP）测试方法：

测试方式分为单脉冲及连续Step 脉冲，单脉冲可用于快速测试时使用适合生产线的大量快速测试之用，连续Step脉冲则可用于扫描实际过电流保护点，适合研发等需要精确的动作点，电源(PS) & LOAD连接及测试程序如图2.5。

2.3.1 单脉冲的过电流保护测试模式下，电子负载会拉载到所设定的电流值，（例如 3311G为0~60A之间的电流值或者Turbo ON 时的 120A），此时电子负载会测量实际的最大过电流保护值与过电流的动作反应时间值，图2.6为3311G单脉冲电流的BMS过充电流测试程序图，图2.7为实际测试结果，左图为BMS过充电流保护时的示波器电流波形图，右图为3311G BMS的实际测试过充电流值与保护反应时间。

2.3.2 连续STEP脉冲的过电流保护测试模式，与单脉冲模式类似，连续STEP脉冲模式除起始的电流设定外，增加了每个STEP的时间，每个STEP增加的电流及最终STEP的电流值，图2.8为3311G连续脉冲电流的BMS过充电流测试程序图，图2.9为实际测试结果，左图为BMS过充电流保护时的示波器电流波形图，右图为3311G BMS的实际测试过充电流值与保护反应时间。

2.3.3 连续STEP脉冲模式下，电子负载所测量的最大过电流保护值与过电流的动作反应时间值是在每个STEP下的测量结果，举例来说，若设定ISTART 为1.000A OCP TSTEP为500ms，OCP ISTEP为0.1A，OCP ISTOP为5.000A，则测量过程为电子负载先拉载1.000A并测试电池BMS在500ms是否动作，若是则测量出动作电流值与动作反应时间，若电池BMS在1.000A下并未动作，则电子负载就依ISTEP设定拉载增加为1.100A，并测试在500ms是否动作，若是则测量出在1.100A下的动作电压值与动作时间，若电池BMS在1.100A下并未动作，则依上面方式在增加拉载电流到1.200A，直到在池BMS测试的最终测试电压值5.000A为止。

2.3.4 单脉冲 : 快速测试时使用

2.3.5 连续Step脉冲 : 扫描充电时实际过电流保护点时使用

2.4 过放电流保护（OCDP）测试方法：电源（PS）& LOAD连接及测试程序如图2.10所示。

2.4.1 单脉冲 : 快速测试时使用

OCDP（Over Current Discharge Protection） Test Procedure 3311G 单脉冲电流的BMS过放电流测试程序与BMS过充电流测试类似，3311G BMS功能可以实际测试过充电流值与保护反应时间。

2.4.2 连续Step脉冲 : 扫描放电时实际过电流保护点时使用

OCDP(Over Current Discharge Protection) Test Procedure 3311G 连续脉冲电流的BMS过放电流测试程序与BMS过充电流测试类似，3311G BMS功能可以实际测试过充电流值与反应时间。

2.5 前面已经将电池BMS的功能及实际动作反应做了详细的解说，电池BMS确实能够对电池异常电压电流温度等情况立即做出保护断路措施，避免产生危险的发生，由于电池BMS是安全性措施必须要做到100%全功能测试验证，安全才能确保，虽然测试验证电池BMS可用示波器测量出BMS动作时的电流值及动作反应时间，用示波器在研发阶段可以详细测试是无庸置疑，但在大量生产阶段，需要快速且完整测试就有产能产量的限制，博计针对这个困难，特别将电池BMS测试整合在电子负载内除了正常3310G系列的功能外再增加电池BMS测试所需的设定测试电流，电流动作值及动作反应计时器都整合在3311G BMS 功能内，让大量快速测试验证电池BMS变成精确可靠又快速的好方法。

3. 电流保护元件测试

电流保护元件包括Fuse保险丝，Breaker断路器及新型的PTC Resettable fuse自恢复保险丝等，其作用是当电路电流超过设计的额定值时，也就是负荷超过设计的电流容量时便将电路断开。以避免发生过热、甚至着火，起火等危险，因此电流保护元件是电流异常时保护的最后安全防线，当异常发生时必须能够提供断路的保护能力，在正常电流范围内就必须持续提供电流。上述保护元件各有其功能与价格，像Fuse是一次性使用，Breaker与PTC就可以重覆使用。

电流保护元件的保护电流值与保护反应时间通常是具有乘积的关系，也就是通过电流保护元件的电流愈大，则其保护断路的反应时间就愈短，这就类似是能量保护元件。

针对这样的特性，3310G系列电子负载特别针对电流保护元件的测试验证开发出Fuse Test功能，搭配能够短时间提供2倍电流与功率的Turbo mode倍增模式，就能够用一额定电流与功率的电子负载来测试验验证约2倍大的电流与功率规格的元件，也就是提供最适当的设备。

Fuse Test基本上分为Trip（熔断）与Non-Trip（没有熔断）2种。
Fuse Test设定参来包括测试电流（Pulse CC），测试时间（PULSE TIME），测试重覆次数PULSE REPEAT Cycle及Ith（电流判别值）等。

在Trip熔断测试下，是用来测试电流过大异常发生时必须能够提供断路的保护能力，表示电流保护元件需熔断的动作，因此测试电流需要大于熔断的电流规格，当3310G系列电子负载侦测到电流低于Ith电流判别值，LCD就显示Repeat次数及电流保护元件的熔断时间 ms。

在Non-Trip测试下，表示电流保护元件需达到不熔断的动作，因此测试电流需要低于熔断的电流规格，用来验证在正常电流范围内就必须不熔断，当3310G系列电子负载在测试时间（Pulse Time）与重覆Repeat次数结束后都没熔断，LCD显示Repeat次数的资讯。

4. 电源供应器于开机时之电容性负载与运行中负载突然接入（Hot Plug-in）测试

电子电路的电源输入电路通常都有许多高容量的电容器，因此电源供应器在开机时其输出会出现瞬间启动电流，3310G系列特别加入了独特的涌浪电流测试模式，瞬间可提供高达200%的负载规格电流 ( 例 : 3311G连续电流规格60A而最大涌浪电流可测试到120A ) 测试时间更可达 2000 ms，可以用来对电源供应器或充电器连接到电子电路的负载在开机时模拟负载的瞬间启动电流，用来测试开机时电容性负载的输出电压波形是否符合要求，如下所示。

另外电源供应器或充电器在运行中，热插拔（Hot Plug-in）电气设备接入时会造成突波负载电流，3311G 系列加入了运行中的突波电流测试功能，用来检视电器的负载突然接上时，电源供应器或充电器输出电压是否足够稳定，如图所示。

5. NTC模拟测试（此功能为选用配备）

基于锂电池对环境温度的安全性，锂电池及充电器一定需要温度保护机制，以防止低温及高温环境下所造成的危险。

3310G系列电子负载与3302F机框延续3310F系列电子负载所提供的NTC模拟电阻（选用配备），在3310G系列的面板上可以直接设定NTC的电阻值从100Ω到500KΩ，相当于10KΩ的NTC电阻的温度从-46℃~+179℃的温度变化范围，设定改变NTC电阻可以测试验证锂电池及充电器的温度保护是否正确动作，停止充放电或降低充放电电流，当温度回复到常温时，保护动作是否解除，回复到可运作的状态，恢复正常的充放电。

6. 负载工作模式增加CC+CV及CP+CV

3310G系列电子负载除了在3310F系列上的CC, CR, CV, CP, Dynamic的负载工作模式外，新增加CC+CV及CP+CV工作模式。

电池的放电测试时，需要特别注意避免对电池过度放电，否则会因过度放电致使电池电压过低会造成永久性损坏，使用3310G系列电子负载的CC+CV或CP+CV模式时，电池会依据电子负载所设定的恒流（CC）或恒功率（CP）来执行放电，当持续放电到电池的最低容许电压（CV设定值），便维持于该CV电压值，也就是放电测试的电压最低值，如此便可以避免电池因过度放电而损坏，造成电池的损失。

7. 電池測試功能

3310G系列负载新增TYPE1~TYPE5共五种电池放电测试，可以依需要选择适当的电池测试模式，测试结果可以直接在LCD显示器上显示电池的AH容量、放电后的电压值、放电的累计时间等数据。