【導(dǎo)讀】效率是電源測(cè)試中十分常見(jiàn)的測(cè)試項(xiàng)，高效的電源表現(xiàn)是眾多廠家一直追求的目標(biāo)。在芯片的規(guī)格書(shū)中，通常都會(huì)提供幾種常見(jiàn)的輸入輸出應(yīng)用下的效率曲線。當(dāng)實(shí)際的應(yīng)用范圍與規(guī)格書(shū)上不同，或者在demo板的基礎(chǔ)上我們進(jìn)行了其它改動(dòng)的時(shí)候，就需要重新進(jìn)行效率測(cè)試。
效率是電源測(cè)試中十分常見(jiàn)的測(cè)試項(xiàng)，高效的電源表現(xiàn)是眾多廠家一直追求的目標(biāo)。在芯片的規(guī)格書(shū)中，通常都會(huì)提供幾種常見(jiàn)的輸入輸出應(yīng)用下的效率曲線。當(dāng)實(shí)際的應(yīng)用范圍與規(guī)格書(shū)上不同，或者在demo板的基礎(chǔ)上我們進(jìn)行了其它改動(dòng)的時(shí)候，就需要重新進(jìn)行效率測(cè)試。
今天，就給大家詳細(xì)講一講如何進(jìn)行效率測(cè)試，以及相關(guān)注意事項(xiàng)。
一、基本概念
在介紹電源效率測(cè)試之前，首先我們需要搞清楚幾個(gè)定義和概念。
電源效率的定義：
其中，輸出功率Pout=Vo×Io，輸入功率Pin=Vin×Iin。
需要指出的是，Iin是電源的平均輸入電流或者直流電流。在理想狀態(tài)下，η=1，即完美的，轉(zhuǎn)換效率是100%，但現(xiàn)實(shí)往往距離理想很遠(yuǎn)。
那么，損耗的能量都去哪里了？根據(jù)能量守恒定律，一定是變成熱量散發(fā)出去了。對(duì)于電源工程師來(lái)說(shuō)，提高電源效率、降低電源溫升，是重要工作之一。所以，我們要準(zhǔn)確測(cè)試我們?cè)O(shè)計(jì)的電源的效率，來(lái)評(píng)估我們的電源設(shè)計(jì)的水平。
相對(duì)來(lái)說(shuō)，由于二次電源比較簡(jiǎn)單，所以這里我們只描述一次電源的測(cè)量方法（二次電源參考一次電源，或者選擇四個(gè)萬(wàn)用表的方法，都可以進(jìn)行測(cè)量）。
下面，將向大家詳細(xì)介紹一下測(cè)量開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換效率的兩種不同方法。第一種方法使用一個(gè)瓦特表和兩個(gè)萬(wàn)用表；第二種方法介紹在沒(méi)有瓦特表的情況下如何進(jìn)行測(cè)量，但不夠精確。
二、一次電源的測(cè)試方法
直流輸出功率僅等于電壓與電流的乘積，只需兩個(gè)萬(wàn)用表即可測(cè)量出大小。我們將用一個(gè)高精度萬(wàn)用表來(lái)測(cè)量輸出到負(fù)載的電流，用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)萬(wàn)用表來(lái)測(cè)量電源的輸出電壓。
由于交流系統(tǒng)中電壓與電流之間存在相位角，因此不能簡(jiǎn)單地將RMS輸入電壓與 RMS輸入電流相乘來(lái)計(jì)算輸入功率。只有電源消耗的有功功率（P）才是必須考慮的。而返回到電源的無(wú)功功率Q，則不應(yīng)考慮進(jìn)來(lái)。
三、瓦特表（功率表）
功率表（wattmeter）也被稱為瓦特表，是用來(lái)測(cè)量有功功率值的儀表，電功率包括有功功率、無(wú)功功率和視在功率，同一個(gè)功率表可以交流、直流兩用，其主要應(yīng)用與電力、電測(cè)與計(jì)量等領(lǐng)域。
若按功率計(jì)在測(cè)試系統(tǒng)中的連接方式進(jìn)行分類的話，功率表可分為終端式和通過(guò)式兩種。
選擇功率表的功率量程，事實(shí)上就是正確選擇功率表的電壓和電流的量程。必須注意的是，負(fù)載最大工作電流和最高電壓不能超過(guò)功率表的電流量程和電壓量程，這樣功率表的功率量程自然得到滿足。反之，如果選擇時(shí)只注意功率量程是否滿足要求，而忽視了電流、電壓量程是否與負(fù)載電流、電壓相適應(yīng)，那么就有可能損壞功率表。
四、功率表原理及構(gòu)成
功率表主要由功率傳感器和功率指示器兩部分組成。其中，功率傳感器也稱為功率計(jì)探頭，它把高頻電信號(hào)通過(guò)能量轉(zhuǎn)換為可以直接檢測(cè)的電信號(hào)。而功率指示器包括信號(hào)放大、變換和顯示器。顯示器直接顯示功率值。功率傳感器和功率指示器之間用電纜連接。
為了適應(yīng)不同頻率、不同功率電平，以及不同傳輸線結(jié)構(gòu)的需要，一臺(tái)功率計(jì)要配若干個(gè)不同功能的功率表探頭。
1、功率表原理
通過(guò)式功率表：它是利用某種耦合裝置，如定向耦合器、耦合環(huán)、探針等從傳輸?shù)墓β手邪匆欢ǖ谋壤詈铣鲆徊糠止β剩腿牍β视?jì)度量，傳輸?shù)目偣β实扔诠β时碇甘局党艘员壤禂?shù)。
測(cè)熱電阻型功率表：它主要是使用熱變電阻做功率傳感元件，熱變電阻值的溫度系數(shù)較大。被測(cè)信號(hào)的功率被熱變電阻吸收后產(chǎn)生熱量，使其自身溫度升高，電阻值發(fā)生顯著變化，利用電阻電橋測(cè)量電阻值的變化，顯示功率值。
量熱式功率計(jì)典型的熱效應(yīng)功率表：這類功率表主要是利用隔熱負(fù)載吸收高頻信號(hào)功率，使負(fù)載的溫度升高，再利用熱電偶元件測(cè)量負(fù)載的溫度變化量，根據(jù)產(chǎn)生的熱量計(jì)算高頻功率值。
2、功率測(cè)試需要設(shè)備
需要一個(gè)可程控交流電源供應(yīng)器或一個(gè)自耦變壓器、一個(gè)電子負(fù)載，以及一個(gè)瓦特表和兩個(gè)數(shù)字萬(wàn)用表（其中最好有一個(gè)高精度數(shù)字萬(wàn)用表，用來(lái)測(cè)量電流）或者四個(gè)數(shù)字萬(wàn)用表（其中，一個(gè)為真有效值、高精度萬(wàn)用表，用來(lái)測(cè)量輸入電流；一個(gè)為高精度萬(wàn)用表，用來(lái)測(cè)量輸出電流）。
注意：在使用萬(wàn)用表時(shí)，需要根據(jù)要測(cè)量的電壓和電流值將萬(wàn)用表設(shè)置在合適的量程內(nèi)，這一點(diǎn)非常重要！
直流輸出功率僅等于電壓與電流的乘積，只需兩個(gè)萬(wàn)用表即可測(cè)量出大小。我們將用一個(gè)高精度萬(wàn)用表來(lái)測(cè)量輸出到負(fù)載的電流，用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)萬(wàn)用表來(lái)測(cè)量電源的輸出電壓。由于交流系統(tǒng)中電壓與電流之間存在相位角，因此不能簡(jiǎn)單地將RMS輸入電壓與RMS輸入電流相乘來(lái)計(jì)算輸入功率。只有電源消耗的有功功率（P）才是必須考慮的。而返回到電源的無(wú)功功率Q，則不應(yīng)考慮進(jìn)來(lái)。
瓦特表的優(yōu)點(diǎn)是可以準(zhǔn)確測(cè)量輸入功率，原因在于它能自動(dòng)校正功率因數(shù)。如果沒(méi)有瓦特表，則可使用兩個(gè)萬(wàn)用表來(lái)測(cè)量輸入電壓和電流。但是，這種替代性方法與使用瓦特表相比，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性不高，并且還需要對(duì)待測(cè)電源進(jìn)行斷路。
直接將電壓表跨接到電路板輸出端，并與電子負(fù)載連接。測(cè)量輸出端電壓時(shí)，會(huì)不計(jì)與負(fù)載相連的電纜上的壓降。在有些應(yīng)用中，比如手機(jī)充電器或筆記本電腦適配器中，必須計(jì)算電纜中的損耗，此時(shí)需要從負(fù)載測(cè)量輸出電壓。然后將高精度電流表與負(fù)載串聯(lián)，測(cè)量輸出電流。
五、連接輸出萬(wàn)用表
直接將電壓表跨接到電路板輸出端，并與電子負(fù)載連接。測(cè)量輸出端電壓時(shí)，會(huì)不計(jì)與負(fù)載相連的電纜上的壓降。在有些應(yīng)用中，比如手機(jī)充電器或筆記本電腦適配器中，必須計(jì)算電纜中的損耗，此時(shí)需要從負(fù)載測(cè)量輸出電壓，然后將高精度電流表與負(fù)載串聯(lián)，測(cè)量輸出電流。
六、交流接通注意事項(xiàng)
如果使用的器件采用開(kāi)/關(guān)控制方案，在檢測(cè)輸入電壓下快速裝上電源，使輸出達(dá)到滿載，這時(shí)就可以測(cè)量出最差情況下的效率。
不過(guò)，在大容量電容充電時(shí)，裝上電源會(huì)產(chǎn)生非常大的浪涌電流。如果輸入電流表設(shè)置為低量程，這會(huì)導(dǎo)致其中的保險(xiǎn)絲熔斷。
如果采用四個(gè)萬(wàn)用表的方法，需要注意以下幾點(diǎn)：
● 使用電流檔時(shí)，需將萬(wàn)用表串聯(lián)在電路中，注意電流流向；使用電壓檔時(shí)，則是并聯(lián)，注意正負(fù)極。
● 使用電流檔時(shí)，一開(kāi)始要用安培檔，若是顯示位數(shù)不夠精確時(shí)，再更換至毫安檔進(jìn)行測(cè)試。用毫安檔進(jìn)行測(cè)試的情況下，調(diào)高負(fù)載電流時(shí)，要注意是否超過(guò)毫安檔量程（一般在400mA）。若是不小心超過(guò)量程，會(huì)導(dǎo)致萬(wàn)用表內(nèi)保險(xiǎn)絲燒毀，更換保險(xiǎn)絲后，才能繼續(xù)使用毫安檔進(jìn)行測(cè)試。
● 兩個(gè)電壓表都接在板端，且連接線盡量短。不要接在電源端和負(fù)載端去讀取數(shù)據(jù)，這樣會(huì)較多地計(jì)入連接線上的產(chǎn)生的損耗，影響測(cè)試結(jié)果。
● 若想用電子負(fù)載直接讀取輸出部分的數(shù)據(jù)，可以用圓環(huán)連接線，圓環(huán)端直接焊在demo板上，另一端連接至電子負(fù)載。這樣測(cè)試產(chǎn)生的損耗比直接用夾子連接產(chǎn)生的少。但一般還是會(huì)比用萬(wàn)用表測(cè)得的效率低些。
● 若是遇到超過(guò)萬(wàn)用表量程的情況，可以用電子負(fù)載讀數(shù)，也可以用量程范圍較大的功率計(jì)直接測(cè)量輸出功率。
文章來(lái)源：凡億PCB
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