自適應功率優化正在徹底改變電芯,助力工程師輕松測試和調試PMIC

“如果您想要節約能源和縮減開支，那么最好的方法就是關掉所有的電子設備。”

盡管這個建議簡單至極，卻是一切能耗優化管理行為背后的基本原理和不二法門，所謂的自適應功率優化也不例外。對于采用電池供電的電子設備而言，一旦選定了合適的電池電芯供應商并將其電芯納入到設計環節，接下來就需要由 PMIC 將電芯的續航時間發揮到極致。

要實現這一目的，最好的方法就是保證所連接的電路系統能夠以最小負載維持運轉。按照這一原則，嵌入式便攜電子設備工程師可通過對電源管理控制系統進行編程，將輸出電壓連接器處的源電壓盡量保持在 3.6V，同時準確估測出（并盡量避免）一切有害條件。在此過程中我們會遇到這樣一種情況：電流吸收會導致電壓水平降至“紅色閾值”以下，這意味著該電壓無法繼續維持負載電路的運轉。 

圖1 物聯網設備在各種運行條件下的典型電流分布情況

 現代 PMIC 的內部電路系統可通過重新調節來維持以下兩種特定條件：

1.適應加載配置以提供最高輸出功率

2.通過預測工作條件來智能分配電能

控制回路算法必須仔細檢測負載變化條件，例如因負載下降而急速出現的電流峰值等等。電源轉換器的調節工作包括檢測此類條件，并啟動針對功率 MOSFET 相關電路拓撲的應對措施，從而以可控的方式（即能夠將效率損失控制在最低水平的方式）調節工作頻率。

這項工作用到了受控通信信號流，并需要重新調節各個轉換階段之間的并行配置，故而堪稱“電子的藝術”。 

必要的儀器需求

圖2 配有自動化軟件的典型測試臺，用于分析電池供電的便攜式設備的特性

為了測試 PMIC，您必須為實驗室添置一些必要的臺式儀器。這些儀器將幫助設計師盡可能真實地還原現實生活中的場景。

您需要考慮能源（電池）的電壓和電阻變化，或是剛剛提到過的負載變化。如果您能通過一款高品質的萬用表來監視電路中的信號，同時還原所有源端條件和負載條件，那么該萬用表將成為您手中評估套件的理想搭檔（前提是這個萬用表足夠緊湊，仍能夠為您放置筆記本電腦留出空間）。

由于您需要用筆記本電腦來運行完成 PMIC 編譯（和重新編譯）工作所需的模擬軟件，如果該儀器帶有自動化軟件配套插件，可用于記錄、跟蹤、報告以及輕松準確地應用多項儀器設置，則可以為您提供更大的便利。此外，如果該軟件應用程序能夠幫助工程師徹底免除繁瑣的編程操作，并為其提供完成工作所需的真正核心功能，那就更好了。

圖3 KickStart控制軟件模擬電池信息的屏幕截圖

Keithley SourceMeter和Kickstart軟件

可以將 Keithley SourceMeter? 設置為電壓源，在設置特定電池電流速率時，將所需充電電流設置為電流限制；并可將其用作恒流電源為電池充電，直至電壓達到所編程水平為止。此外，還可將 SMU 設置為用于“耗散”功率的受電裝置。SMU 將吸收電池中的電流，同時跟蹤流入的放電電流。

圖4 利用Keithley SMU完成鋰離子電池充放電

您可利用腳本來自動設置電池的充電和放電循環；這些腳本可通過儀器上受支持的通信接口或特定的軟件應用程序來控制 SMU，進而達到這一目的。Sourcemeter? 可在電池充電或放電時以及電流流入和流出時測量電池電壓，并創建隨時間變化的電壓和電流分布圖；這些寶貴的數據能夠幫助您確定自適應功率優化是否達到了預期效果。

為了幫助您簡化測試設置并徹底免除編程工作，可以選擇 Keithley Kickstart 軟件，從而能夠為整個 Keithley SMU 產品組合；所有 DMMS、DAQ 和電源，以及部分泰克 AFG 和大多數泰克示波器提供支持。Keithley 的 KickStart 軟件專業電池模擬器應用程序可幫助您加快電池建模、電池模擬和仿真以及電池循環測試的進程；您可以先免費試用 30 天，然后再行決定是否需要購買本產品，以解鎖開發測試臺的全部潛能。