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电源效率测试方法(上)

工程师
2022-11-24 09:06:40     打赏

效率是电源测试中十分常见的测试项,高效的电源表现是众多厂家一直追求的目标。在芯片的规格书中,通常都会提供几种常见的输入输出应用下的效率曲线。当实际的应用范围与规格书上不同,或者在demo板的基础上我们进行了其它改动的时候,就需要重新进行效率测试。


今天,就给大家详细讲一讲如何进行效率测试,以及相关注意事项。


一、基本概念


在介绍电源效率测试之前,首先我们需要搞清楚几个定义和概念。

电源效率的定义:image.png其中,输出功率Pout=Vo×Io输入功率Pin=Vin×Iin需要指出的是,Iin是电源的平均输入电流或者直流电流。在理想状态下,η=1,即完美的,转换效率是100%,但现实往往距离理想很远。那么,损耗的能量都去哪里了?根据能量守恒定律,一定是变成热量散发出去了。对于电源工程师来说,提高电源效率、降低电源温升,是重要工作之一。所以,我们要准确测试我们设计的电源的效率,来评估我们的电源设计的水平。相对来说,由于二次电源比较简单,所以这里我们只描述一次电源的测量方法(二次电源参考一次电源,或者选择四个万用表的方法,都可以进行测量)。下面,将向大家详细介绍一下测量开关电源转换效率的两种不同方法。第一种方法使用一个瓦特表和两个万用表;第二种方法介绍在没有瓦特表的情况下如何进行测量,但不够精确。二、一次电源的测试方法直流输出功率仅等于电压与电流的乘积,只需两个万用表即可测量出大小。我们将用一个高精度万用表来测量输出到负载的电流,用一个标准万用表来测量电源的输出电压。由于交流系统中电压与电流之间存在相位角,因此不能简单地将RMS输入电压与 RMS输入电流相乘来计算输入功率。只有电源消耗的有功功率(P)才是必须考虑的。而返回到电源的无功功率Q,则不应考虑进来。image.png三、瓦特表(功率表)功率表(wattmeter)也被称为瓦特表,是用来测量有功功率值的仪表,电功率包括有功功率、无功功率和视在功率,同一个功率表可以交流、直流两用,其主要应用与电力、电测与计量等领域。若按功率计在测试系统中的连接方式进行分类的话,功率表可分为终端式通过式两种。选择功率表的功率量程,事实上就是正确选择功率表的电压和电流的量程。必须注意的是,负载最大工作电流和最高电压不能超过功率表的电流量程和电压量程,这样功率表的功率量程自然得到满足。反之,如果选择时只注意功率量程是否满足要求,而忽视了电流、电压量程是否与负载电流、电压相适应,那么就有可能损坏功率表image.png四、功率表原理及构成功率表主要由功率传感器功率指示器两部分组成。其中,功率传感器也称功率计探头,它把高频电信号通过能量转换为可以直接检测的电信号。而功率指示器包括信号放大、变换和显示器。显示器直接显示功率值。功率传感器和功率指示器之间用电缆连接。为了适应不同频率、不同功率电平,以及不同传输线结构的需要,一台功率计要配若干个不同功能的功率表探头。

1、功率表原理通过式功率表:它是利用某种耦合装置,如定向耦合器、耦合环、探针等从传输的功率中按一定的比例耦合出一部分功率,送入功率计度量,传输的总功率等于功率表指示值乘以比例系数。测热电阻型功率表:它主要是使用热变电阻做功率传感元件,热变电阻值的温度系数较大。被测信号的功率被热变电阻吸收后产生热量,使其自身温度升高,电阻值发生显著变化,利用电阻电桥测量电阻值的变化,显示功率值。量热式功率计典型的热效应功率表:这类功率表主要是利用隔热负载吸收高频信号功率,使负载的温度升高,再利用热电偶元件测量负载的温度变化量,根据产生的热量计算高频功率值。

2、功率测试需要设备需要一个可程控交流电源供应器或一个自耦变压器、一个电子负载,以及一个瓦特表和两个数字万用表(其中最好有一个高精度数字万用表,用来测量电流)或者四个数字万用表(其中,一个为真有效值、高精度万用表,用来测量输入电流;一个为高精度万用表,用来测量输出电流)。注意:在使用万用表时,需要根据要测量的电压和电流值将万用表设置在合适的量程内,这一点非常重要!直流输出功率仅等于电压与电流的乘积,只需两个万用表即可测量出大小。我们将用一个高精度万用表来测量输出到负载的电流,用一个标准万用表来测量电源的输出电压。由于交流系统中电压与电流之间存在相位角,因此不能简单地将RMS输入电压与RMS输入电流相乘来计算输入功率。只有电源消耗的有功功率(P)才是必须考虑的。而返回到电源的无功功率Q,则不应考虑进来。瓦特表的优点是可以准确测量输入功率,原因在于它能自动校正功率因数。如果没有瓦特表,则可使用两个万用表来测量输入电压和电流。但是,这种替代性方法使用瓦特表相比,测量结果的准确性不高,并且还需要对待测电源进行断路。直接将电压表跨接到电路板输出端,并与电子负载连接。测量输出端电压时,会不计与负载相连的电缆上的压降。在有些应用中,比如手机充电器或笔记本电脑适配器中,必须计算电缆中的损耗,此时需要从负载测量输出电压。然后将高精度电流表与负载串联,测量输出电流。五、连接输出万用表直接将电压表跨接到电路板输出端,并与电子负载连接。测量输出端电压时,会不计与负载相连的电缆上的压降。在有些应用中,比如手机充电器或笔记本电脑适配器中,必须计算电缆中的损耗,此时需要从负载测量输出电压,然后将高精度电流表与负载串联,测量输出电流。六、交流接通注意事项如果使用的器件采用开/关控制方案,在检测输入电压下快速装上电源,使输出达到满载,这时就可以测量出最差情况下的效率。不过,在大容量电容充电时,装上电源会产生非常大的浪涌电流。如果输入电流表设置为低量程,这会导致其中的保险丝熔断。

如果采用四个万用表的方法,需要注意以下几点:

● 使用电流档时,需将万用表串联在电路中,注意电流流向;使用电压档时,则是并联,注意正负极。

● 使用电流档时,一开始要用安培档,若是显示位数不够精确时,再更换至毫安档进行测试。用毫安档进行测试的情况下,调高负载电流时,要注意是否超过毫安档量程(一般在400mA)。若是不小心超过量程,会导致万用表内保险丝烧毁,更换保险丝后,才能继续使用毫安档进行测试。

● 两个电压表都接在板端,且连接线尽量短。不要接在电源端和负载端去读取数据,这样会较多地计入连接线上的产生的损耗,影响测试结果。

● 若想用电子负载直接读取输出部分的数据,可以用圆环连接线,圆环端直接焊在demo板上,另一端连接至电子负载。这样测试产生的损耗比直接用夹子连接产生的少。但一般还是会比用万用表测得的效率低些。

● 若是遇到超过万用表量程的情况,可以用电子负载读数,也可以用量程范围较大的功率计直接测量输出功率。





关键词: 电源     效率     测试     方法    

高工
2022-11-24 09:25:37     打赏
2楼

感谢分享!


专家
2022-11-24 09:56:47     打赏
3楼
感谢楼主分享



高工
2022-11-24 09:56:26     打赏
4楼

谢谢分享


专家
2022-11-24 11:12:04     打赏
5楼

谢谢分享


专家
2022-11-24 12:09:59     打赏
6楼

谢谢楼主分享


高工
2022-11-24 20:16:55     打赏
7楼

谢谢楼主提供分享


院士
2022-11-24 21:54:27     打赏
8楼

谢谢分享,学习了。


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