3310G 系列 新世代電子負載的新功能應用說明
關鍵字: Electronic Load, 3310G Series, Turbo Mode Testing, BMS Test, Overcurrent / Overpower Protection, Protection Device Testing, Battery Discharge Test
博計電子研發完成最新型的3310G系列電子負載，是由3310F系列電子負載模組升級，包含
3310G（60 V / 30 A, 150 W）
3311G（60 V / 60 A, 300 W）
3312G（250 V / 12 A, 300 W）
3314G（500 V / 12 A, 300 W）
3315G（60 V / 15 A, 75 W）
3316G（80 V / 80 A, 400 W）
3317G（80 V / 160 A, 800 W）
3318G（500 V / 20 A, 400 W）
3319G（500 V / 40 A, 800 W）
如下表所示。
新3310G 系列具倍增模式（Turbo Mode）電子負載模組列表
* Turbo ON 功率與電流提升的1.5倍
1. Turbo mode（倍增模式）ON/OFF 指示燈，Turbo mode的內建測試功能包括 Short、OCP、OPP、BMS及Fuse測試等五項，Cofig 組態按鍵中 MPPT 測試模式增加 CC, CR 模式，並增加CV mode 反應時間1 到 3段設定，Batt 1 to Batt3 等電池放電測試模式。
2. Fuse（電流保護元件）Test function ON/OFF
3. BMS（電池管理系統保護裝置測試）ON/OFF
4. 新增 CC+CV 與 CP+CV 提供電池放電測試模式。
3310G 系列電子負載模組可以搭配3300G系列機框使用，包括單組的3302G機框，雙組的3305G機框與4組的3300G機框（3317G / 3319G屬於單機型）。除了延續3310F系列的優異的性能外，新增加了Turbo mode（倍增模式），能夠在短時間內承受較3310F系列增加最多達2倍電流與功率的電子負載。
博計在3310G系列上研發的Turbo mode（倍增模式）能夠對各式電源供應器，BMS保護裝置及電流保護元件（包括Fuse / Breaker / PTC Resettable fuse 自恢復保險絲等）異常的條件下，測試驗證其實際動作電流值及實際反應時間。
測試時電流可以提升2倍，改善一般電子負載測試電流不足的困擾，適用Turbo mode 的內建測試功能包括 Short、OCP、OPP、BMS及Fuse 測試等五項。
除了Turbo mode外，負載的工作模式CC/CR/CV/Dynamic等模式外，對於應用廣泛的電池應用特別新增加CC+CV及CP+CV工作模式, 電池的放電容量測試，及動態循環放電等測試。 以下針對各個新增功能逐一說明：
1. 電源供應器的異常測試
包括AC / DC、DC / DC電源供應器、Adapter / Charger充電器等產品，除了需供應給電子電機產品穩定的電源外，亦需要對異常狀況能夠有保護措施，才能確保安全，不會出現過高電流導致過熱高溫，甚至引起火災等危險。
Short（短路）、Over Current（過電流）、Over Power（過功率）都是屬於異常狀況，這些異常狀況通常是正常額定規格的125 % 到 150 %，甚至是200 %，因此在驗證測試這些異常狀況時，就必須選用能夠滿足最大電流值與最大功率值得電子負載才能執行測試。
由於這些異常狀況，電源產品必須快速反應相對應的保護機能，因此異常狀況出現時間都相當短暫，對於這些異常狀況的測試，博計的3310G系列電子負載，就能夠在新增加的Turbo mode下在短時間（2秒內）提高電子負載的電流與功率，為3310F系列的2倍，以3311G 60 V / 60 A / 300 W為例，在新增Turbo mode下，能夠2秒內提高為120 A及600 W的電子負載，讓電源產品於驗證測試異常狀況時，3310G系列電子負載具有更大的測試驗證能力，除此之外，3310G系列內建的量測電路還能夠量測出短路異常狀況的保護實際電流值與保護反應時間。
2. BMS保護裝置
目前鋰電池已經廣泛應用於各種電子產品及電動車等裝置，為了保護鋰電池不會造成起火燃燒、爆炸等危險，因此鋰電池都必須配置BMS保護電路，具體的保護條件就是充電時，充電電壓不能超過該鋰電池的最大值，放電時，鋰電池不能短路或超過其額定電流（OCP過電流）以及溫度過高過低保護等。
博計於2015年在3310F系列電子負載上研發完成BMS測試，是屬於選用配備（Option），目前在3310G系列上BMS測試已經成為標準內建測試項目，除此之外，新加入Turbo mode使得短路保護電流與過電流保護能夠提到2倍，從原來規格為60 A，升級到120 A的水準（以3311G為例）。
在3310G系列BMS測試功能下，對於鋰電池BMS保護電路的短路電流保護及過電流保護提供了快速簡單又精確的測試結果，對於BMS短路電流保護來說，一般來說是高於OCP的2倍電流，需要立即（uS等級）保護動作的功能，用3311G高達120 A電流拉載，在高電流拉載到BMS的額定短路電流過程中，可以驗證BMS的短路保護能否正確的動作，除此之外，3310G系列電子負載還可以檢測出BMS短路保護動作時，也就是BMS內部MOSFET開關斷開時的實際動作電流值及動作時間。
對於BMS過電流保護方面，係介於正常工作電流與短路電流保護之間，一般來說是高於OCP電流的125 %，需要快速（約數百mS等級）保護動作的功能。
3310G系列BMS過電流（充電時過電流及放電時過電流）保護測試係搭配電子負載拉載，然後確認BMS的過電流保護是否動作，當BMS過電流保護無動作則增加拉載電流（I Step），再確認BMS的OCP是否動作，持續此一過程直到BMS OCP動作發生，因此BMS OCP測試可用逐步增加拉載電流掃描出來，得到BMS過電流保護的電流點與動作反應時間。
2.1 BMS的短路，過充電流，過放電流保護原理
BMS電路保護原理如下圖，是透過關閉MOSFET(回路電流=0 A)來達到保護電池功能。
在BMS內，MOSFET開關是雙向的，在正常狀態下二個開關都是ON的；由於2個MOSEFT開關有Rds ON電阻，電流流過會產生壓降，電池BMS就靠此特性用來偵測充電與放電電流之用，下圖所示MOSFET開關狀態是過放電電流狀態，IC第3腳控制MOSFET為ON，此時放電開關為OFF（由IC第1腳控制）。
當BMS偵測到短路，過放電流或電池過低電壓時，會將放電開關OFF來保護電池安全。
當BMS偵測到過充電流或電池過高電壓時，會將充電開關OFF來保護電池安全。
2.2 短路保護（SHORT）測試方法：電源（PS）& LOAD連接如圖2.1，LOAD測試程序如圖2.3。
在短路保護測試模式下，電子負載會拉載到該機型的最大電流值（例如3311G為60 A或者 Turbo ON 時的 120 A）同時啟動計時器來計算實際流過BMS的時間 （註：此時間係指超過所設定閥值電流Ith到BMS動作MOSEFT開關OFF，即低於所設定閥值電流Ith之間的時間，除此之外電子負載會測量實際的最大短路電流值，圖2.4為4000 mAh 行動電源使用3311G BMS測試的示波器電流波形（左圖）及電子負載上電錶顯示短路最大實際電流與短路保護反應時間（右圖）。
2.3 過充電流保護（OCCP）測試方法：
測試方式分為單脈衝及連續Step 脈衝，單脈衝可用於快速測試時使用適合生產線的大量快速測試之用，連續Step脈衝則可用於掃描實際過電流保護點，適合研發等需要精確的動作點，電源（PS） & LOAD連接及測試程序如圖2.5。
2.3.1 單脈衝的過電流保護測試模式下，電子負載會拉載到所設定的電流值，（例如 3311G為0 A 到 60 A之間的電流值或者Turbo ON 時的 120 A），此時電子負載會測量實際的最大過電流保護值與過電流的動作反應時間值，圖2.6為3311G單脈衝電流的BMS過充電流測試程序圖，圖2.7為實際測試結果，左圖為BMS過充電流保護時的示波器電流波形圖，右圖為3311G BMS的實際測試過充電流值與保護反應時間。
2.3.2 連續STEP脈衝的過電流保護測試模式，與單脈衝模式類似，連續STEP脈衝模式除起始的電流設定外，增加了每個STEP的時間，每個STEP增加的電流及最終STEP的電流值，圖2.8為3311G連續脈衝電流的BMS過充電流測試程序圖，圖2.9為實際測試結果，左圖為BMS過充電流保護時的示波器電流波形圖，右圖為3311G BMS的實際測試過充電流值與保護反應時間。
2.3.3 連續STEP脈衝模式下，電子負載所測量的最大過電流保護值與過電流的動作反應時間值是在每個STEP下的測量結果，舉例來說，若設定ISTART 為1.000 A OCP TSTEP為500 ms，OCP ISTEP為0.1 A，OCP ISTOP為5.000 A，則測量過程為電子負載先拉載1.000 A並測試電池BMS在500 ms是否動作，若是則測量出動作電流值與動作反應時間，若電池BMS在1.000 A下並未動作，則電子負載就依ISTEP設定拉載增加為1.100 A，並測試在500 ms是否動作，若是則測量出在1.100 A下的動作電壓值與動作時間，若電池BMS在1.100 A下並未動作，則依上面方式在增加拉載電流到1.200 A，直到在池BMS測試的最終測試電壓值5.000 A為止。
2.3.4 單脈衝 : 快速測試時使用
2.3.5 連續Step脈衝 : 掃描充電時實際過電流保護點時使用
2.4 過放電流保護（OCDP）測試方法：電源（PS） & LOAD連接及測試程序如圖2.10所示。
2.4.1 單脈衝 : 快速測試時使用
OCDP（Over Current Discharge Protection） Test Procedure 3311G 單脈衝電流的BMS過放電流測試程序與BMS過充電流測試類似，3311G BMS功能可以實際測試過充電流值與保護反應時間。
2.4.2 連續Step脈衝 : 掃描放電時實際過電流保護點時使用
OCDP（Over Current Discharge Protection） Test Procedure 3311G 連續脈衝電流的BMS過放電流測試程序與BMS過充電流測試類似，3311G BMS功能可以實際測試過充電流值與反應時間。
2.5 前面已經將電池BMS的功能及實際動作反應做了詳細的解說，電池BMS確實能夠對電池異常電壓電流溫度等情況立即做出保護斷路措施，避免產生危險的發生，由於電池BMS是安全性措施必須要做到100 %全功能測試驗證，安全才能確保，雖然測試驗證電池BMS可用示波器測量出BMS動作時的電流值及動作反應時間，用示波器在研發階段可以詳細測試是無庸置疑，但在大量生產階段，需要快速且完整測試就有產能產量的限制，博計針對這個困難，特別將電池BMS測試整合在電子負載內除了正常3310G系列的功能外再增加電池BMS測試所需的設定測試電流，電流動作值及動作反應計時器都整合在3311G BMS 功能內，讓大量快速測試驗證電池BMS變成精確可靠又快速的好方法。
3. 電流保護元件測試
電流保護元件包括Fuse保險絲，Breaker斷路器及新型的PTC Resettable fuse自恢復保險絲等，其作用是當電路電流超過設計的額定值時，也就是負荷超過設計的電流容量時便將電路斷開，以避免發生過熱、甚至著火，起火等危險，因此電流保護元件是電流異常時保護的最後安全防線，當異常發生時必須能夠提供斷路的保護能力，在正常電流範圍內就必須持續提供電流。上述保護元件各有其功能與價格，像Fuse是一次性使用，Breaker與PTC就可以重覆使用。
電流保護元件的保護電流值與保護反應時間通常是具有乘積的關係，也就是通過電流保護元件的電流愈大，則其保護斷路的反應時間就愈短，這就類似是能量保護元件。
針對這樣的特性，3310G系列電子負載特別針對電流保護元件的測試驗證開發出Fuse Test功能，搭配能夠短時間提供2倍電流與功率的Turbo mode倍增模式，就能夠用一額定電流與功率的電子負載來測試驗驗證約2倍大的電流與功率規格的元件，也就是提供最適當的設備。
Fuse Test基本上分為Trip（熔斷）與Non-Trip（沒有熔斷）2種。
Fuse Test設定參來包括測試電流（Pulse CC），測試時間（PULSE TIME）， 測試重覆次數PULSE REPEAT Cycle及Ith（電流判別值）等。
在Trip熔斷測試下，是用來測試電流過大異常發生時必須能夠提供斷路的保護能力，表示電流保護元件需熔斷的動作，因此測試電流需要大於熔斷的電流規格，當3310G系列電子負載偵測到電流低於Ith電流判別值，LCD就顯示Repeat次數及電流保護元件的熔斷時間 ms。
在Non-Trip測試下，表示電流保護元件需達到不熔斷的動作，因此測試電流需要低於熔斷的電流規格，用來驗證在正常電流範圍內就必須不熔斷，當3310G系列電子負載在測試時間（Pulse Time）與重覆Repeat次數結束後都沒熔斷，LCD顯示Repeat次數的資訊。
4. 電源供應器於開機時之電容性負載與運行中負載突然接入（Hot Plug-in）測試
電子電路的電源輸入電路通常都有許多高容量的電容器，因此電源供應器在開機時其輸出會出現瞬間啟動電流，3310G系列特別加入了獨特的湧浪電流測試模式，瞬間可提供高達200 %的負載規格電流 ( 例 : 3311G連續電流規格60 A而最大湧浪電流可測試到120 A ) 測試時間更可達 2000 ms，可以用來對電源供應器或充電器連接到電子電路的負載在開機時模擬負載的瞬間啟動電流，用來測試開機時電容性負載的輸出電壓波形是否符合要求，如下所示。
另外電源供應器或充電器在運行中，熱插拔（Hot Plug-in）電氣設備接入時會造成突波負載電流，3311G 系列加入了運行中的突波電流測試功能，用來檢視電器的負載突然接上時，電源供應器或充電器輸出電壓是否足夠穩定，如圖所示。
5. 負載工作模式增加CC+CV及CP+CV
3310G系列電子負載除了在3310F系列上的CC, CR, CV, CP, Dynamic的負載工作模式外，新增加CC+CV及CP+CV工作模式。
電池的放電測試時，需要特別注意避免對電池過度放電，否則會因過度放電致使電池電壓過低會造成永久性損壞，使用3310G系列電子負載的CC+CV或CP+CV模式時，電池會依據電子負載所設定的恆流（CC）或恆功率（CP）來執行放電，當持續放電到電池的最低容許電壓（CV設定值），便維持於該CV電壓值，也就是放電測試的電壓最低值，如此便可以避免電池因過度放電而損壞，造成電池的損失。
6. 電池測試功能
3310G系列負載新增TYPE1 到 TYPE5共五種電池放電測試，可以依需要選擇適當的電池測試模式，測試結果可以直接在LCD顯示器上顯示電池的AH容量、放電後的電壓值、放電的累計時間等數據。
另外還有電池恆流脈波循環放電（CC pulse Cycle life test），CC恆流斜波循環測試（CC Ramp Cycle life test），及CV恆壓斜波循環測試（CV Ramp Cycle life test）。這些可以用來模擬電池在實際使用時，各種負載電流變動及周期循環，可以驗證模擬電池在實際使用特定條件下的性能及壽命。
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