【導讀】效率是電源測試中十分常見(jiàn)的測試項，高效的電源表現是眾多廠(chǎng)家一直追求的目標。在芯片的規格書(shū)中，通常都會(huì )提供幾種常見(jiàn)的輸入輸出應用下的效率曲線(xiàn)。當實(shí)際的應用范圍與規格書(shū)上不同，或者在demo板的基礎上我們進(jìn)行了其它改動(dòng)的時(shí)候，就需要重新進(jìn)行效率測試。
效率是電源測試中十分常見(jiàn)的測試項，高效的電源表現是眾多廠(chǎng)家一直追求的目標。在芯片的規格書(shū)中，通常都會(huì )提供幾種常見(jiàn)的輸入輸出應用下的效率曲線(xiàn)。當實(shí)際的應用范圍與規格書(shū)上不同，或者在demo板的基礎上我們進(jìn)行了其它改動(dòng)的時(shí)候，就需要重新進(jìn)行效率測試。
今天，就給大家詳細講一講如何進(jìn)行效率測試，以及相關(guān)注意事項。
一、基本概念
在介紹電源效率測試之前，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，轉換效率是100%，但現實(shí)往往距離理想很遠。
那么，損耗的能量都去哪里了？根據能量守恒定律，一定是變成熱量散發(fā)出去了。對于電源工程師來(lái)說(shuō)，提高電源效率、降低電源溫升，是重要工作之一。所以，我們要準確測試我們設計的電源的效率，來(lái)評估我們的電源設計的水平。
相對來(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)行測量）。
下面，將向大家詳細介紹一下測量開(kāi)關(guān)電源轉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)行測量，但不夠精確。
二、一次電源的測試方法
直流輸出功率僅等于電壓與電流的乘積，只需兩個(gè)萬(wàn)用表即可測量出大小。我們將用一個(gè)高精度萬(wàn)用表來(lái)測量輸出到負載的電流，用一個(gè)標準萬(wàn)用表來(lái)測量電源的輸出電壓。
由于交流系統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，則不應考慮進(jìn)來(lái)。
三、瓦特表（功率表）
功率表（wattmeter）也被稱(chēng)為瓦特表，是用來(lái)測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，其主要應用與電力、電測與計量等領(lǐng)域。
若按功率計在測試系統中的連接方式進(jìn)行分類(lèi)的話(huà)，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(mǎn)足。反之，如果選擇時(shí)只注意功率量程是否滿(mǎn)足要求，而忽視了電流、電壓量程是否與負載電流、電壓相適應，那么就有可能損壞功率表。
四、功率表原理及構成
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(chēng)為功率計探頭，它把高頻電信號通過(guò)能量轉換為可以直接檢測的電信號。而功率指示器包括信號放大、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。
為了適應不同頻率、不同功率電平，以及不同傳輸線(xiàn)結構的需要，一臺功率計要配若干個(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)、探針等從傳輸的功率中按一定的比例耦合出一部分功率，送入功率計度量，傳輸的總功率等于功率表指示值乘以比例系數。
測熱電阻型功率表：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較大。被測信號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(zhù)變化，利用電阻電橋測量電阻值的變化，顯示功率值。
量熱式功率計典型的熱效應功率表：這類(lèi)功率表主要是利用隔熱負載吸收高頻信號功率，使負載的溫度升高，再利用熱電偶元件測量負載的溫度變化量，根據產(chǎn)生的熱量計算高頻功率值。
2、功率測試需要設備
需要一個(gè)可程控交流電源供應器或一個(gè)自耦變壓器、一個(gè)電子負載，以及一個(gè)瓦特表和兩個(gè)數字萬(wàn)用表（其中最好有一個(gè)高精度數字萬(wàn)用表，用來(lái)測量電流）或者四個(gè)數字萬(wàn)用表（其中，一個(gè)為真有效值、高精度萬(wàn)用表，用來(lái)測量輸入電流；一個(gè)為高精度萬(wàn)用表，用來(lái)測量輸出電流）。
注意：在使用萬(wàn)用表時(shí)，需要根據要測量的電壓和電流值將萬(wàn)用表設置在合適的量程內，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)用表即可測量出大小。我們將用一個(gè)高精度萬(wàn)用表來(lái)測量輸出到負載的電流，用一個(gè)標準萬(wàn)用表來(lái)測量電源的輸出電壓。由于交流系統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，則不應考慮進(jìn)來(lái)。
瓦特表的優(yōu)點(diǎn)是可以準確測量輸入功率，原因在于它能自動(dòng)校正功率因數。如果沒(méi)有瓦特表，則可使用兩個(gè)萬(wàn)用表來(lái)測量輸入電壓和電流。但是，這種替代性方法與使用瓦特表相比，測量結果的準確性不高，并且還需要對待測電源進(jìn)行斷路。
直接將電壓表跨接到電路板輸出端，并與電子負載連接。測量輸出端電壓時(shí)，會(huì )不計與負載相連的電纜上的壓降。在有些應用中，比如手機充電器或筆記本電腦適配器中，必須計算電纜中的損耗，此時(shí)需要從負載測量輸出電壓。然后將高精度電流表與負載串聯(lián)，測量輸出電流。
五、連接輸出萬(wàn)用表
直接將電壓表跨接到電路板輸出端，并與電子負載連接。測量輸出端電壓時(shí)，會(huì )不計與負載相連的電纜上的壓降。在有些應用中，比如手機充電器或筆記本電腦適配器中，必須計算電纜中的損耗，此時(shí)需要從負載測量輸出電壓，然后將高精度電流表與負載串聯(lián)，測量輸出電流。
六、交流接通注意事項
如果使用的器件采用開(kāi)/關(guān)控制方案，在檢測輸入電壓下快速裝上電源，使輸出達到滿(mǎn)載，這時(shí)就可以測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。如果輸入電流表設置為低量程，這會(huì )導致其中的保險絲熔斷。
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)，注意正負極。
● 使用電流檔時(shí)，一開(kāi)始要用安培檔，若是顯示位數不夠精確時(shí)，再更換至毫安檔進(jìn)行測試。用毫安檔進(jìn)行測試的情況下，調高負載電流時(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 )導致萬(wàn)用表內保險絲燒毀，更換保險絲后，才能繼續使用毫安檔進(jìn)行測試。
● 兩個(gè)電壓表都接在板端，且連接線(xiàn)盡量短。不要接在電源端和負載端去讀取數據，這樣會(huì )較多地計入連接線(xiàn)上的產(chǎn)生的損耗，影響測試結果。
● 若想用電子負載直接讀取輸出部分的數據，可以用圓環(huán)連接線(xiàn)，圓環(huán)端直接焊在demo板上，另一端連接至電子負載。這樣測試產(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，可以用電子負載讀數，也可以用量程范圍較大的功率計直接測量輸出功率。
文章來(lái)源：凡億PCB
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