根據(jù)能效標準進行電源合規(guī)性測試

在過去幾年間， 包括美國環(huán)保署(EPA)的能源之星計劃、歐盟委員會的行為準則( CoC ) 和加州能源委員會(CEC) 在內(nèi)的多家主要國際標準組織都已制定了新的外部電源效率要求。這些標準要求設(shè)計師必須以高精度來測試其產(chǎn)品的帶載模式效率和空載功耗。本文將介紹一種相對簡單的測量方法， 以確定外部電源對這些變化中的能效標準的合規(guī)性，同時還將提供一些有用的測試技巧。

基本要求

我們先介紹一下執(zhí)行這些測試所需的設(shè)備。要想準確測量出產(chǎn)品的效率，您需要用到以下四種工具：

1.一個瓦特表;

2.一個可程控交流電源;

3.一個電子負載;

4.兩個數(shù)字萬用表(其中一個必須為高精度電流表);

接下來，您需要遵循一些一般準則，才能獲得準確的測量結(jié)果。首先，由于電源的能效合規(guī)性測量是一種系統(tǒng)級測試，還要測量輸入電纜和輸出電纜中的功耗情況，因此必須確保測試所用的電纜與最終產(chǎn)品所用的電纜相同。其次，必須注意的是，這些測試需要在輸出線電壓和輸入線電壓變化期間保持長時間的溫度穩(wěn)定。因此，預(yù)計完成這些測試需要數(shù)小時的時間。最后，在您每次修改產(chǎn)品設(shè)計時，必須重復(fù)進行這些測試，以確保獲得準確的結(jié)果。

實現(xiàn)最高精度

這種測試要求同時測量外部電源的空載輸入功率和帶載模式效率。要計算效率， 必須同時測量輸入和輸出功率。測量輸入功率時，選擇恰當?shù)墓╇婋娫粗陵P(guān)重要。如圖1中的圖形所示，來自墻壁電源插座和自耦變壓器的原始交流電導(dǎo)致了測量結(jié)果的不準確。為確保以精確的輸入電壓執(zhí)行測試，需要使用可程控交流電源。

圖2中的圖形表示的是來自可程控交流電源的輸出。注意，輸入的波形是真正的正弦波。

我們在進行此測量時需使用瓦特表，因為它可測量功率因數(shù)，也即電壓波形與電流波形之間相位角(cos)的余弦值，并考慮該因素的影響。必須注意的是，能效標準要求測量0.5W或更大的功率時，輸入功率測量的不確定度應(yīng)小于2%;測量0.5W以下的功率時，其不確定度應(yīng)為10mW。

可以對多家主要儀表廠商的瓦特表進行配置來滿足這些要求。由于瓦特表同時包含電流檢測元件和電壓檢測元件，可以將電壓檢測元件配置為位于輸入電流檢測元件之前，也可以配置為位于其后。有關(guān)如何配置儀表的信息通?？稍谄溆脩羰謨灾姓业健＿M行低負載或空載測量時，可以通過將電壓檢測元件配置為位于電流檢測元件之前，來獲得更精確的測量結(jié)果。這樣可以防止來自電壓檢測元件的電流被電流檢測元件測量。考慮到電壓檢測元件所消耗的電流通常大于230VAC下的10mW容許值，這種配置在滿足能效標準的低測量不確定度要求方面至關(guān)重要。

高功率應(yīng)用

進行較高功率設(shè)計時，需要解決不同的問題。在這些應(yīng)用中，電壓檢測元件的功率損耗非常小，可以將電壓檢測元件連接到電流檢測元件之后，使其靠近電壓輸入。這種方法可防止電流檢測元件上出現(xiàn)壓降以及瓦特表的內(nèi)部線路被錯誤地納入功率測量，從而導(dǎo)致所計算出的效率值偏低。將瓦特表設(shè)置為32(或64)次采樣的平均值后，可以獲得更穩(wěn)定的結(jié)果(圖3)。

測量輸出功率時需要使用兩個萬用表：一個用來測量輸出電壓，另一個用來測量輸出電流。用精度較高的萬用表來測量輸出電流。由于輸出功率是純粹的直流電功率，因此可通過輸出電壓乘以輸出電流計算得出。

為簡化確定電源規(guī)格是否符合全球性規(guī)范的工作， PowerIntegrations開發(fā)出了一款有用的能效合規(guī)性計算器。空載和帶載模式效率的目標值可從每個電源的標稱額定值計算出來。該額定值只是電源外殼上標明的額定輸出值，表示電源在室溫和額定輸入電壓下的最小額定輸出功率。例如，標稱額定值為5V、350mA的恒壓恒流充電器最小可提供5V、350mA的電量。

只要輸入您的電源標稱輸出功率額定值，計算器就會自動告訴您與電源設(shè)計相關(guān)的能效標準的合規(guī)性目標值。接受通用輸入電壓的設(shè)計要求同時在115VAC、60Hz和230VAC、50Hz下進行測量。對于單路輸入設(shè)計，則應(yīng)在115VAC或230VAC的額定輸入電壓下進行測量。

現(xiàn)在，我們以一個額定值為通用輸入范圍的5 V、350 mA手機充電器為例來演示測試程序。首先，我們將進行一系列測試來測量該電源在115VAC、60 Hz下的帶載模式效率。帶載模式效率是在額定輸入線電壓和額定線電壓頻率下，在標稱額定值的25%、50%、75%和100%負載水平下測得的效率平均值。由于此充電器的標稱負載額定值為350 mA，因此必須測量在以下電流下的效率：滿載350mA、75%負載262 mA、50%負載175 mA，以及25%負載88mA。