开关电源-效率测量
时间：2023-01-25 01:30:00
本文将向大家介绍测量开关电源转换效率的两种不同方法。
1、所需设备
1. 一个可程控交流电源供应器或一个自耦变压器
2. 电子负载
3. 一个瓦特表和两个数字万用表(最好有一个高精度数字万用表测量电流)或四个数字万用表(其中一个是测量输入电流的真实有效值和高精度万用表；一个是测量输出电流的高精度万用表)
注：在使用万用表时，根据要测量的电压和电流值将万用表设置在适当的范围内是非常重要的。
直流输出功率仅等于电压和电流的乘积，只有两个万用表可以测量。用高精度万用表测量输出到负载的电流，用标准万用表测量输出电压。由于交流系统中电压和电流之间存在相位角，因此不能简单地使用RMS 输入电压与RMS 输入电流相乘计算输入功率。只有电源消耗的有功功率(P)必须考虑。返回电源的无功功率Q，不要考虑。
瓦特表的优点是输入功率可以准确测量，因为它可以自动校正功率因数。如果没有瓦特表，可以用两个万用表来测量输入电压和电流。但是，与使用瓦特表相比，这种替代方法的测量结果不准确，需要断路测量电源。
将电压表直接连接到电路板输出端，并与电子负载连接。在测量输出端电压时，与负载相连的电缆上的压降将被忽略。在某些应用程序中，如手机充电器或笔记本电脑适配器，必须计算电缆中的损耗，然后从负载中测量输出电压。然后将高精度电流表与负载串联，测量输出电流。
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2.沟通和接通注意事项
如果使用的设备采用开/关控制方案，在检测输入电压下快速安装电源，使输出满载，则可以在最差情况下测量效率。然而，当大容量电容充电时，安装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，则保险丝熔断。
针对不同 SMPS建议交流接通程序控制方案
在低输入电压和最高负载下快速安装电源后，应首先测量电源的浪涌电流。然后查阅万用表的数据手册，确认它能否在高输入电压下承载如此高的峰值电流。对于所有其他控制方案，连接方法不会影响测量效率，建议在测试过程中缓慢提高交流电压，以限制浪涌电流。
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二、检测方法
1.瓦特表法
将瓦特表连接到电源输入端，将显示屏设置为平均模式，以获得更稳定的读数。接通交流输入电压，将其缓慢提高到所需的检测电压。将电源负载增加到满载。然后关闭电源，快速重新安装，继续完成测量。在本演示中，电源输出端仪器的测量结果为4.97 V和4.005 V。电子负载的电压读数为4.48 V。这是因为490出现在输出电缆和万用表电压检测元件上 mV 压降突出了测量电源输出端电压的重要性。因此，输出功率 = 4.97 V*4.005 A = 19.90 W。
瓦特表读数显示输入功率为25.76 W。因此，电源效率 = 输出功率/输入功率=19.90 W/25.76 W = 77.3%。
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2、万用表方法
使用万用表时，在二极管整流器级将交流电转换为直流电后，可以测量输入功率，避免功率因数的影响。为了提高测量准确性，必须计算直流总线级前部件的损耗。二极管整流桥通常是输入级损耗最大的部件，因为在最坏情况下，每个二极管的压降可以达到0.9 V。这种方法还可以计算阻抗或压降非常大且可测量的其他元件损耗大小。
1）连接万用表
断开整流桥与大容量电容C2 之间的直流总线。断开大容量电容后面的直流总线后，需要用万用表来测量电源的高频开关电流，而万用表无法对此进行准确测量。然后，焊接两条可用来连接万用表和电路的导线。连接一个真有效值、高精度万用表组，测量断路上的电流。使用另一个万用表组测量电压，将它分别连接到直流正极和大容量电容的负极。
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2）测试程序
打开交流电源供应器，缓慢将电压调高到所需的检测电压。将电源的负载增加到满载。将输入电流表设置到最高电流量程。然后切断交流输入电压，重新快速装上电源。在本演示中，电源仍提供4.97 V电压，4.008 V电流和19.92 W输出功率。在输入端，直流总线电压为151.6 V，输入电流为0.166 A。输入功率计算如下：
交流输入损耗，现在必须将整流桥的功率损耗计算在内。
功率损耗估计值 = 最差情况下的二极管总压降 输入电流
= 1.8 V 0.166 A= 0.299 W
因此，总输入功率 = 25.1656 W-0.299 W= 25.46 W
采用这种测量方法，可计算得出电源效率：= 78.2%
与使用瓦特表测量计算得出的77.3%比，可以看出用四个万用表进行测量，最后的误差为0.9%。
DC-DC电源效率计算=12.03*1.1/24.2*0.63=87%
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3）提高准确度
可以通过调整输入功率来提高这种测量方法的准确度，在计算时，除二极管整流桥的损耗外，还应将其他输入级元件，如浪涌限制器、共模扼流圈和数字万用表的电流检测元件的损耗包括在内。要计算这些损耗，需要测量各元件在正常工作情况下的压降，然后用该压降值乘以测得的输入电流。将这些损耗计算在内，将会增大总输入功率并降低计算得出的效率。
不过，用这种方法测得的结果始终不会像用瓦特表测量输入功率一样准确。测量一系列输入及输出值，确定损耗原因电源效率与输入电压和输出负载有关。评估电源时，通常需要在几个不同的输入电压水平下测量效率，以便更好地判断出电路中的损耗究竟在何处。把得出的结果绘制在图表中，说明满载条件下效率与输入电压的关系。
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4）导通损耗对效率的影响、开关损耗对效率的影响
低输入电压下效率下降，这通常是由于电路中的阻性元件产生的导通损耗造成的。这些损耗之所以会在低输入电压下增加，是因为需要较高的电流来维持相同的输出功率。而高输入电压下的效率下降，通常是由于开关损耗造成的。这些损耗来自寄生电容。在高输入电压下损耗增加，是因为寄生电容会在更高的电压下充放电。确定损耗原因并采取纠正措施后，将会得到以下曲线图。设计良好的电源的效率与输入电压的关系。
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