電源效率測量方法

1、PI人學課程講義電源效率測杲方法UNIVERSITYPIU-102 (Rev. 1(V09)Power Integrations. Inc.PI人學課程講義電源效率測杲方法PIU-102 (Rev. 1(V09)Power Integrations. Inc.PI人學課程講義電源效率測杲方法簡介本課程講義用r pi X7-視頻課程一 “電源效率測昴方法”。本次課程將向人家介紹測屜開關(guān)電源 轉(zhuǎn)換效率的兩種不同方法。第一種方法使用一個瓦特表和兩個萬用表：第二種方法介紹在沒冇瓦 特表的情況F如何進行測屋，但不夠?qū)⒋_。請注意，本課程中所介紹的方法僅適用于內(nèi)部快速評估，并未遵循符介能效標準所需的所冇指定

2、 步驟。所需設(shè)備在本課程中,您將用到以F設(shè)備:1. 一個町程控交流電源供應(yīng)器或一個自耦變壓器2. 一個電子負載3一個瓦特表和兩個數(shù)字力用表（其中故好有一個髙精度數(shù)字萬用表，用來測最電流） 或者四個數(shù)字刀用表（其中，一個為真冇效值、高精度力用表，用來測量輸入電 流；一個為高精度力用表，用來測最輸出電流）注釋：在使用萬用表時，您需要根據(jù)要測駅的電壓和電流值將萬用表設(shè)置在介適的駅程內(nèi)，這一 點非常垂要。效率與功率因數(shù)的影響電源效率= 輸功率輸入功率苴流輸出功率僅等J：電斥與電流的乘枳，只需兩個力用表即町測最出人小。我們將用一個高梢度 萬用表來測最輸出到負載的電流，用一個標準萬用表來測最電源的輸出電壓

3、。由交流系統(tǒng)中電斥與電流Z間心在相位角，因此不能簡單地將RMS輸入電壓與RMS輸入電流 相乘來計算輸入功率。只仃電源消耗的何功功率（P）才是必須考慮的。而返回到電源的無功功率Q 則不應(yīng)考慮進來。輸入9電流Z間的相位角A電源消任的功率=Sx sin <p瓦特表的優(yōu)點是可以準確測員輸入功率，原因在丁它能n動校正功率因數(shù)。如果沒冇瓦特表，則 町使用兩個萬用表來測駅輸入電壓和電流。但這種替代性方法與使用瓦特表相比，測駅結(jié)果的準 確性不高，并仇還需要對待測電源進行斷路。在本課中.我們將使用某于以卜電路圖設(shè)計的電源進行演示。連接輸出萬用表直接將電壓表跨接到電路板輸出端，并與電子負伐連接。測最輸出端電

4、壓時，會不計與負載相連 的電纜丄的壓降。在仃些應(yīng)用屮，比如手機充電器或筆記木電腦適配器屮，必須計算電纜屮的損 耗，此時需耍從負載測帚輸出電壓。然后將高粘度電流表與負載串聯(lián)，測屋輸岀電流。交流接通注意事項如果使用的器件采用丿|:/關(guān)控制方案，在檢測輸入電壓下快速裝上電源，使輸出達到滿載，這時就 町以測吊出艱差情況卜的效率。不過，在人容屆電容充電時，裝上電源會產(chǎn)生非常人的浪涌電 流。如采輸入電流表設(shè)置為低量程，這會導(dǎo)致其中的保險絲熔斷?？刂品桨附涣鹘油ㄈf用表電流量程開/關(guān)快速裝上高卜10A)其它(PWM)斜升Pout < 300 W：低卜 300 mA)Pout > 300 W：高(-

5、10 A)針對不同SMPS控制方案的建議交流接通秤序如果采用卩q個力用表的方法，在低輸入電斥和最高負載卜快速裝上電源后，首先應(yīng)測杲電源的浪 涌電流。然后夜閱力用表的數(shù)據(jù)手冊，確認它是否能夠在高輸入電爪卜承載如此高的峰值電流。PIU-102 (Rev. 1(V09)Power Integrations. Inc.PI人學課程講義 電源效率測最方法注釋：使用瓦特表時無需考慮這一爭項。對丁所冇Jt它控制方案，接通方法將不會影響效率的測最，建議在檢測時緩慢調(diào)高交流電斥，以 便限制浪涌電流。瓦特表方法將瓦特表連接到電源輸入端，將顯示屏設(shè)置為平均模式，以便獲得較穩(wěn)定的讀數(shù)。接通交流輸入 電壓，將它緩慢調(diào)高

6、到所需的檢測電壓。將您電源的負載增加到滿載。然后關(guān)斷電源，將它乖新 快速裝回，繼續(xù)完成測帚。在本演示中，電源輸出端儀表的測最結(jié)果為4.97伏和4.005安。電子負載的電斥讀數(shù)為4.48伏。 這是由于輸出電纜和萬用表電床檢測尤件上出現(xiàn)了 490 mV的斥降，從而突現(xiàn)了測最電源輸出端 電壓的重要性。因此,輸出功率=4.97 V 4.005 A =19.90瓦。瓦特表讀數(shù)顯示輸入功率為25.76瓦。因此,電源 效率=19.90 心25.76 瓦=77.3%o萬用表方法使用力用表時，町以在二極管整流器級將交流電轉(zhuǎn)換為肖流電Z后來測最輸入功率，從而避開功 率因數(shù)的影響。為提高測最準確性，必須將苴流總線級

7、之前的元件屮的損耗計算在內(nèi)。二極管整流橋通常是輸入級屮損耗最人的元件，因為在般差怙彳兄下每個二極管中的壓降可達到0.9 伏。對于阻抗或壓降非常人且可測量的其它元件,使用這種方法也可以計算出其損耗人小。連接萬用表斷開整流橋與大容鼠電容C2Z間的直流總線。斷開大容量電容后面的直流總線后,需要用萬用 表來測冷電源的高頻開關(guān)電流，而力用表無法對此進行準確測最。然后,焊接兩條町用來連接力用衣和電路的導(dǎo)線。連接一個其仃效值、高耕度力用表組，測彊斷 路上的電流。使用另一個力用衷組測彊電壓，將它分別適接到直流正極和人容駅電容的負極。交流輸入損耗測試程序打幵交流電源供應(yīng)器，緩慢將電壓調(diào)高到所盂的檢測 電壓。將電

8、源的負載增加到滿載。將輸入電流表設(shè)置 到報高電流最程。然后切I析交流輸入電壓，帀:新快速 裝上電源。在本演示中，電源仍提供4.97伏電斥，4.008安電流 和19.92 bL輸出功率。在輸入端，宜流總線電斥為 151.6伏，輸入電流為0.166安。輸入功率計算如卜:PI人學課程講義 電源效率測最方法VIN IIN = 151.6 066 = 25656W現(xiàn)在，必須將整流橋的功率損耗計算在內(nèi)：功率損耗估計值二最差情況卜的二極管總斥降 輸入電流=1.8 V 066A=0.299 W因此，總輸入功率=25J656 W +0299 W=25.46 W采用這種測量方法,可計算得出電源效率:19.92 W

9、25.46 W=78.2%與使用瓦特表測量計算得出的77.3%相比,我們町以看出,用四個萬用表進行測量,最后的誤差 為 0.9%。提高準確度我們可以通過調(diào)整輸入功率來提高這種測駅方法的準確度，在計算時，除二極管整流橋的損耗 外，還應(yīng)將苴他輸入級元件，如浪涌限制器、共模扼流圈和數(shù)字力用表的電流檢測元件的損耗包 括在內(nèi)。旻計篦這些損耗，需耍測航備元件在止常1作情況卜的壓降，然后用該壓降伉乘以測得 的輸入電流。將這吐?lián)p耗計算在內(nèi)，將會增人總輸入功率并降低計算得出的效率。不過，用這種 方法測得的結(jié)果始終不會像用瓦特表測帚;輸入功率一樣準確。測最一系列輸入及輸出值,確定損耗原因電源效率與輸入電斥和輸出負

10、載占關(guān)。評估電源時，通常需要在兒個不同的輸入電壓水平卜測最 效率，以便更好地判斷出電路中的損耗究竟在何處。把得出的結(jié)果繪制在圖表中,說明滿載條件 下效率與輸入電壓的關(guān)系。PIU-102 (Rev. 1C709)Power Integrations. Inc.PI人學課程講義電源效率測杲方法70% ?5言octaFmN LoadF- 1 _/125175225275Input VoHago (VAC)tIMeRcy “ input80%70%.Fublomi t«neMficy*7S12517522S275input voltage (VAU)78%Scwicy Input Vottaoe:72% frwcsos導(dǎo)通損耗対效率的影響開關(guān)損耗對效半的影響低輸入電床卜效率卜降.這通常是由電路中的阻性尤件產(chǎn)生的導(dǎo)通損耗造成的。這些損耗Z所 以會在低輸入電斥卜增加，是伏I為需要較高的電流來維持柑同的輸出功率。而高輸入電床卜的效 率卜降，通常是由于開關(guān)損耗造成的。這些損耗來自寄生電容。在高輸入電壓下?lián)p耗増加,是因 為寄生電容會在更高的電壓卜充放電。確趙損耗原因并采収糾止措施后，將會得到以卜曲線圖。80%70%Fufl Load EtficMncy75125175225Input Voltage (VAC)78%Eff»c