【導讀】效率是電源測試中十分常見的測試項，高效的電源表現是眾多廠家一直追求的目標。在芯片的規(guī)格書中，通常都會提供幾種常見的輸入輸出應用下的效率曲線。當實際的應用范圍與規(guī)格書上不同，或者在demo板的基礎上我們進行了其它改動的時候，就需要重新進行效率測試。
效率是電源測試中十分常見的測試項，高效的電源表現是眾多廠家一直追求的目標。在芯片的規(guī)格書中，通常都會提供幾種常見的輸入輸出應用下的效率曲線。當實際的應用范圍與規(guī)格書上不同，或者在demo板的基礎上我們進行了其它改動的時候，就需要重新進行效率測試。
今天，就給大家詳細講一講如何進行效率測試，以及相關注意事項。
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。對于電源工程師來說，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，來評估我們的電源設計的水平。
相對來說，由于二次電源比較簡單，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，或者選擇四個萬用表的方法，都可以進行測量）。
下面，將向大家詳細介紹一下測量開關電源轉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有瓦特表的情況下如何進行測量，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，只需兩個萬用表即可測量出大小。我們將用一個高精度萬用表來測量輸出到負載的電流，用一個標準萬用表來測量電源的輸出電壓。
由于交流系統(tǒng)中電壓與電流之間存在相位角，因此不能簡單地將RMS輸入電壓與 RMS輸入電流相乘來計算輸入功率。只有電源消耗的有功功率（P）才是必須考慮的。而返回到電源的無功功率Q，則不應考慮進來。
三、瓦特表（功率表）
功率表（wattmeter）也被稱為瓦特表，是用來測量有功功率值的儀表，電功率包括有功功率、無功功率和視在功率，同一個功率表可以交流、直流兩用，其主要應用與電力、電測與計量等領域。
若按功率計在測試系統(tǒng)中的連接方式進行分類的話，功率表可分為終端式和通過式兩種。
選擇功率表的功率量程，事實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，功率傳感器也稱為功率計探頭，它把高頻電信號通過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，以及不同傳輸線結構的需要，一臺功率計要配若干個不同功能的功率表探頭。
1、功率表原理
通過式功率表：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，根據產生的熱量計算高頻功率值。
2、功率測試需要設備
需要一個可程控交流電源供應器或一個自耦變壓器、一個電子負載，以及一個瓦特表和兩個數字萬用表（其中最好有一個高精度數字萬用表，用來測量電流）或者四個數字萬用表（其中，一個為真有效值、高精度萬用表，用來測量輸入電流；一個為高精度萬用表，用來測量輸出電流）。
注意：在使用萬用表時，需要根據要測量的電壓和電流值將萬用表設置在合適的量程內，這一點非常重要！
直流輸出功率僅等于電壓與電流的乘積，只需兩個萬用表即可測量出大小。我們將用一個高精度萬用表來測量輸出到負載的電流，用一個標準萬用表來測量電源的輸出電壓。由于交流系統(tǒng)中電壓與電流之間存在相位角，因此不能簡單地將RMS輸入電壓與RMS輸入電流相乘來計算輸入功率。只有電源消耗的有功功率（P）才是必須考慮的。而返回到電源的無功功率Q，則不應考慮進來。
瓦特表的優(yōu)點是可以準確測量輸入功率，原因在于它能自動校正功率因數。如果沒有瓦特表，則可使用兩個萬用表來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，會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，測量輸出電流。
五、連接輸出萬用表
直接將電壓表跨接到電路板輸出端，并與電子負載連接。測量輸出端電壓時，會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，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/關控制方案，在檢測輸入電壓下快速裝上電源，使輸出達到滿載，這時就可以測量出最差情況下的效率。
不過，在大容量電容充電時，裝上電源會產生非常大的浪涌電流。如果輸入電流表設置為低量程，這會導致其中的保險絲熔斷。
如果采用四個萬用表的方法，需要注意以下幾點：
● 使用電流檔時，需將萬用表串聯在電路中，注意電流流向；使用電壓檔時，則是并聯，注意正負極。
● 使用電流檔時，一開始要用安培檔，若是顯示位數不夠精確時，再更換至毫安檔進行測試。用毫安檔進行測試的情況下，調高負載電流時，要注意是否超過毫安檔量程（一般在400mA）。若是不小心超過量程，會導致萬用表內保險絲燒毀，更換保險絲后，才能繼續(xù)使用毫安檔進行測試。
● 兩個電壓表都接在板端，且連接線盡量短。不要接在電源端和負載端去讀取數據，這樣會較多地計入連接線上的產生的損耗，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，圓環(huán)端直接焊在demo板上，另一端連接至電子負載。這樣測試產生的損耗比直接用夾子連接產生的少。但一般還是會比用萬用表測得的效率低些。
● 若是遇到超過萬用表量程的情況，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。
文章來源：凡億PCB
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