開關(guān)電源轉(zhuǎn)換效率測量方法

　　所需設(shè)備
　　
　　1.一個(gè)可程控交流電源供應(yīng)器或一個(gè)自耦變壓器
　　
　　2.一個(gè)電子負(fù)載
　　
　　3.一個(gè)瓦特表和兩個(gè)數(shù)字萬用表（其中有一個(gè)高精度數(shù)字萬用表，用來測量電流）或者四個(gè)數(shù)字萬用表（其中，一個(gè)為真有效值、高精度萬用表，用來測量輸入電流；一個(gè)為高精度萬用表，用來測量輸出電流）
　　
　　直流輸出功率僅等于電壓與電流的乘積，只需兩個(gè)萬用表即可測量出大小。我們將用一個(gè)高精度萬用表來測量輸出到負(fù)載的電流，用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(yīng)考慮進(jìn)來。　　
　　瓦特表的優(yōu)點(diǎn)是可以準(zhǔn)確測量輸入功率，原因在于它能自動(dòng)校正功率因數(shù)。如果沒有瓦特表，則可使用兩個(gè)萬用表來測量輸入電壓和電流。但這種替代性方法與使用瓦特表相比，測量結(jié)果的準(zhǔn)確性不高，并且還需要對(duì)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(fù)載連接。測量輸出端電壓時(shí)，會(huì)不計(jì)與負(fù)載相連的電纜上的壓降。在有些應(yīng)用中，比如手機(jī)充電器或筆記本電腦適配器中，必須計(jì)算電纜中的損耗，此時(shí)需要從負(fù)載測量輸出電壓。然后將高精度電流表與負(fù)載串聯(lián)，測量輸出電流。　　
　　交流接通注意事項(xiàng)
　　
　　電源的交流接通注意事項(xiàng)及瓦特表方法：使用的器件采用開/關(guān)控制方案，在檢測輸入電壓下快速裝上電源，使輸出達(dá)到滿載，這時(shí)就可以測量出zui差情況下的效率。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(shè)置為低量程，這會(huì)導(dǎo)致其中的保險(xiǎn)絲熔斷。　　
　　針對(duì)不同SMPS控制方案的建議交流接通程序
　　
　　SMPS,掃描電遷移率顆粒物粒徑譜儀。是一種用來測量粒徑在3~1000nm范圍內(nèi)的超細(xì)氣溶膠顆粒的高科技產(chǎn)品。它采用一種靜電分級(jí)器來測量顆粒物尺寸，并采用凝聚粒子計(jì)數(shù)器（CPC）來測定顆粒物的濃度。SMPS系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)有：快速結(jié)果；高分辨的數(shù)據(jù)；寬的粒徑范圍；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示；寬的濃度范圍。
　　
　　如果采用四個(gè)萬用表的方法，在低輸入電壓和zui高負(fù)載下快速裝上電源后，首先應(yīng)測量電源的浪涌電流。然后查閱萬用表的數(shù)據(jù)手冊，確認(rèn)它是否能夠在高輸入電壓下承載如此高的峰值電流。對(duì)于所有其它控制方案，接通方法將不會(huì)影響效率的測量，建議在檢測時(shí)緩慢調(diào)高交流電壓，以便限制浪涌電流。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)高到所需的檢測電壓。將您電源的負(fù)載增加到滿載。然后關(guān)斷電源，將它重新快速裝回，繼續(xù)完成測量。
　　
　　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)高到所需的檢測電壓。將您電源的負(fù)載增加到滿載。然后關(guān)斷電源，將它重新快速裝回，繼續(xù)完成測量。在本演示中，電源輸出端儀表的測量結(jié)果為4.97伏和4.005安。電子負(fù)載的電壓讀數(shù)為4.48伏。這是由于輸出電纜和萬用表電壓檢測元件上出現(xiàn)了490mV的壓降，從而突現(xiàn)了測量電源輸出端電壓的重要性。因此，輸出功率=4.97V4.00=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瓦/25.76瓦=77.3%.
　　
　　萬用表方法
　　
　　萬用表又叫多用表、三用表、復(fù)用表，萬用表分為指針式萬用表和數(shù)字萬用表引。是一種多功能、多量程的測量儀表，一般萬用表可測量直流電流、直流電壓、交流電流、交流電壓、電阻和音頻電平等，有的還可以測交流電流、電容量、電感量及半導(dǎo)體的一些參數(shù)（如β）。
　　
　　使用萬用表時(shí)，可以在二極管整流器級(jí)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電之后來測量輸入功率，從而避開功率因數(shù)的影響。為提高測量準(zhǔn)確性，必須將直流總線級(jí)之前的元件中的損耗計(jì)算在內(nèi)。二極管整流橋通常是輸入級(jí)中損耗zui大的元件，因?yàn)樵趜ui差情況下每個(gè)二極管中的壓降可達(dá)到0.9伏。對(duì)于阻抗或壓降非常大且可測量的其它元件，使用這種方法也可以計(jì)算出其損耗大小。
　　
　　連接萬用表
　　
　　斷開整流橋與大容量電容C2之間的直流總線。斷開大容量電容后面的直流總線后，需要用萬用表來測量電源的高頻開關(guān)電流，而萬用表無法對(duì)此進(jìn)行準(zhǔn)確測量。然后，焊接兩條可用來連接萬用表和電路的導(dǎo)線。連接一個(gè)真有效值、高精度萬用表組，測量斷路上的電流。使用另一個(gè)萬用表組測量電壓，將它分別連接到直流正極和大容量電容的負(fù)極。　　
　　測試程序
　　
　　打開交流電源供應(yīng)器，緩慢將電壓調(diào)高到所需的檢測電壓。將電源的負(fù)載增加到滿載。將輸入電流表設(shè)置到zui高電流量程。然后切斷交流輸入電壓，重新快速裝上電源。在本演示中，電源仍提供4.97伏電壓，4.008安電流和19.92瓦輸出功率。在輸入端，直流總線電壓為151.6伏，輸入電流為0.166安。輸入功率計(jì)算如下：交流輸入損耗現(xiàn)在，必須將整流橋的功率損耗計(jì)算在內(nèi)：
　　
　　功率損耗估計(jì)值=zui差情況下的二極管總壓降輸入電流=1.8V0.166A=0.299W
　　
　　因此，總輸入功率=25.1656W+0.299W=25.46W
　　
　　采用這種測量方法，可計(jì)算得出電源效率：=78.2%
　　
　　與使用瓦特表測量計(jì)算得出的77.3%相比，我們可以看出，用四個(gè)萬用表進(jìn)行測量，zui后的誤差為0.9%.
　　
　　提高準(zhǔn)確度
　　
　　在計(jì)算時(shí)，除二極管整流橋的損耗外，還應(yīng)將其他輸入級(jí)元件，如浪涌限制器、共模扼流圈和數(shù)字萬用表的電流檢測元件的損耗包括在內(nèi)。要計(jì)算這些損耗，需要測量各元件在正常工作情況下的壓降，然后用該壓降值乘以測得的輸入電流。將這些損耗計(jì)算在內(nèi)，將會(huì)增大總輸入功率并降低計(jì)算得出的效率。
　　
　　不過，用這種方法測得的結(jié)果始終不會(huì)像用瓦特表測量輸入功率一樣準(zhǔn)確。測量一系列輸入及輸出值，確定損耗原因電源效率與輸入電壓和輸出負(fù)載有關(guān)。*估電源時(shí)，通常需要在幾個(gè)不同的輸入電壓水平下測量效率，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。
　　
　　接觸器的選用應(yīng)按滿足被控制設(shè)備的要求進(jìn)行，除額定工作電壓應(yīng)與被控設(shè)備的額定電壓相同外，被控設(shè)備的負(fù)載功率、使用類別、操作頻率、工作壽命、安裝方式及尺寸以及經(jīng)濟(jì)性等是選擇的依據(jù)。　　
　　導(dǎo)通損耗對(duì)效率的影響開關(guān)損耗對(duì)效率的影響
　　
　　低輸入電壓下效率下降，這通常是由于電路中的阻性元件產(chǎn)生的導(dǎo)通損耗造成的。這些損耗之所以會(huì)在低輸入電壓下增加，是因?yàn)樾枰^高的電流來維持相同的輸出功率。而高輸入電壓下的效率下降，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耗增加，是因?yàn)榧纳娙輹?huì)在更高的電壓下充放電。確定損耗原因并采取糾正措施后，將會(huì)得到以下曲線圖。設(shè)計(jì)良好的電源的效率與輸入電壓的關(guān)系。