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开关电源转换效率测量方法

更新时间:2011-08-05      点击次数:7704
  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
  
  2.一个电子负载
  
  3.一个瓦特表和两个数字万用表(其中有一个高精度数字万用表,用来测量电流)或者四个数字万用表(其中,一个为真有效值、高精度万用表,用来测量输入电流;一个为高精度万用表,用来测量输出电流)
  
  直流输出功率仅等于电压与电流的乘积,只需两个万用表即可测量出大小。我们将用一个高精度万用表来测量输出到负载的电流,用一个标准万用表来测量电源的输出电压。由于交流系统中电压与电流之间存在相位角,因此不能简单地将RMS输入电压与RMS输入电流相乘来计算输入功率。只有电源消耗的有功功率(P)才是必须考虑的。而返回到电源的无功功率Q,则不应考虑进来。
  
  瓦特表的优点是可以准确测量输入功率,原因在于它能自动校正功率因数。如果没有瓦特表,则可使用两个万用表来测量输入电压和电流。但这种替代性方法与使用瓦特表相比,测量结果的准确性不高,并且还需要对待测电源进行断路。
  
  直接将电压表跨接到电路板输出端,并与电子负载连接。测量输出端电压时,会不计与负载相连的电缆上的压降。在有些应用中,比如手机充电器或笔记本电脑适配器中,必须计算电缆中的损耗,此时需要从负载测量输出电压。然后将高精度电流表与负载串联,测量输出电流。
  
  交流接通注意事项
  
  电源的交流接通注意事项及瓦特表方法:使用的器件采用开/关控制方案,在检测输入电压下快速装上电源,使输出达到满载,这时就可以测量出zui差情况下的效率。在大容量电容充电时,装上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,这会导致其中的保险丝熔断。
  
  针对不同SMPS控制方案的建议交流接通程序
  
  SMPS,扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪。是一种用来测量粒径在3~1000nm范围内的超细气溶胶颗粒的高科技产品。它采用一种静电分级器来测量颗粒物尺寸,并采用凝聚粒子计数器(CPC)来测定颗粒物的浓度。SMPS系统的主要优点有:快速结果;高分辨的数据;宽的粒径范围;实时数据显示;宽的浓度范围。
  
  如果采用四个万用表的方法,在低输入电压和zui高负载下快速装上电源后,首先应测量电源的浪涌电流。然后查阅万用表的数据手册,确认它是否能够在高输入电压下承载如此高的峰值电流。对于所有其它控制方案,接通方法将不会影响效率的测量,建议在检测时缓慢调高交流电压,以便限制浪涌电流。将瓦特表连接到电源输入端,将显示屏设置为平均模式,以便获得较稳定的读数。接通交流输入电压,将它缓慢调高到所需的检测电压。将您电源的负载增加到满载。然后关断电源,将它重新快速装回,继续完成测量。
  
  瓦特表方法
  
  将瓦特表连接到电源输入端,将显示屏设置为平均模式,以便获得较稳定的读数。接通交流输入电压,将它缓慢调高到所需的检测电压。将您电源的负载增加到满载。然后关断电源,将它重新快速装回,继续完成测量。在本演示中,电源输出端仪表的测量结果为4.97伏和4.005安。电子负载的电压读数为4.48伏。这是由于输出电缆和万用表电压检测元件上出现了490mV的压降,从而突现了测量电源输出端电压的重要性。因此,输出功率=4.97V4.00=19.90瓦。瓦特表读数显示输入功率为25.76瓦。因此,电源效率=19.90瓦/25.76瓦=77.3%.
  
  万用表方法
  
  万用表又叫多用表、三用表、复用表,万用表分为指针式万用表和数字万用表引。是一种多功能、多量程的测量仪表,一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、电阻和音频电平等,有的还可以测交流电流、电容量、电感量及半导体的一些参数(如β)。
  
  使用万用表时,可以在二极管整流器级将交流电转换为直流电之后来测量输入功率,从而避开功率因数的影响。为提高测量准确性,必须将直流总线级之前的元件中的损耗计算在内。二极管整流桥通常是输入级中损耗zui大的元件,因为在zui差情况下每个二极管中的压降可达到0.9伏。对于阻抗或压降非常大且可测量的其它元件,使用这种方法也可以计算出其损耗大小。
  
  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。
  
  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zui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伏电压,4.008安电流和19.92瓦输出功率。在输入端,直流总线电压为151.6伏,输入电流为0.166安。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=zui差情况下的二极管总压降输入电流=1.8V0.166A=0.299W
  
  因此,总输入功率=25.1656W+0.299W=25.46W
  
  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%相比,我们可以看出,用四个万用表进行测量,zui后的误差为0.9%.
  
  提高准确度
  
  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。*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。
  
  接触器的选用应按满足被控制设备的要求进行,除额定工作电压应与被控设备的额定电压相同外,被控设备的负载功率、使用类别、操作频率、工作寿命、安装方式及尺寸以及经济性等是选择的依据。
  
  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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