开关电源各种测试
2012-07-31
常规功能测试
A. 输出电压调整：
当制造开关电源时，第一个测试步骤为将输出电压调整至规格范围内。此步骤完成后才能确保后续的规格能够符合。通常，当调整输出电压时，将输入交流电压设定为正常值(115Vac或230Vac)，并且将输出电流设定为正常值或满载电流，然后以数字电压表测量电源供应器的输出电压值并调整其电位器(VR)直到电压读值位于要求之范围内。
B. 电源调整率：
电源调整率的定义为电源供应器于输入电压变化时提供其稳定输出电压的能力。此项测试系用来验证电源供应器在最恶劣之电源电压环境下，如夏天之中午(因气温高，用电需求量最大)其电源电压最低；又如冬天之晚上(因气温低，用电需求量最小)其电源电压最高。在前述之两个极端下验证电源供应器之输出电源之稳定度是否合乎需求之规格。 为精确测量电源调整率，需要下列之设备：能提供可变电压能力的电源，至少能提供待测电源供应器的最低到最高之输入电压范围。
一个均方根值交流电压表来测量输入电源电压，众多的数字功率计能精确计量V A W PF。 一个精密直流电压表，具备至少高于待测物调整率十倍以上，一般应用5位以上高精度数字表。连接至待测物输出的可变电子负载。
测试步骤如下：于待测电源供应器以正常输入电压及负载状况下热机稳定后，分别于低输入电压(Min)，正常输入电压(Normal)，及高输入电压(Max)下测量并记录其输出电压值。 电源调整率通常以一正常之固定负载(Nominal Load)下，由输入电压变化所造成其输出电压偏差率(deviation)的百分比，如下列公式所示V0(max)-V0(min) / V0(normal) 电源调整率亦可用下列方式表示之：于输入电压变化下，其输出电压之偏差量须于规定之上下限范围内，即输出电压之上下限绝对值以内。
C. 负载调整率：
负载调整率的定义为开关电源于输出负载电流变化时，提供其稳定输出电压的能力。此项测试系用来验证电源在最恶劣之负载环境下，如个人电脑内装置最少之外设卡且硬盘均不动作(因负载最少，用电需求量最小)其负载电流最低和个人电脑内装置最多之外设卡且硬盘在动作(因负载最多，用电需求量最大)其负载电流最高的两个极端下验证电源供应器之输出电源之稳定度是否合乎需求之规格。所需的设备和连接与电源调整率相似，唯一不同的是需要精密的电流表与待测电源供应器的输出串联。测试步骤如下：于待测电源供应器以正常输入电压及负载状况下热机稳定后，测量正常负载下之输出电压值，再分别于轻载(Min)、重载(Max)负载下，测量并记录其输出电压值(分别为Vmax与Vmin)，负载调整率通常以正常之固定输入电压下，由负载电流变化所造成其输出电压偏差率的百分比，如下列公式所示：V0(max)-V0(min)/ V0(normal) 负载调整率亦可用下列方式表示：于输出负载电流变化下，其输出电压之偏差量须于规定之上下限电压范围内，即输出电压之上下限绝对值以内。
D. 综合调整率：
综合调整率的定义为电源供应器于输入电压与输出负载电流变化时，提供其稳定输出电压的能力。这是电源调整率与负载调整率的综合，此项测试系为上述电源调整率与负载调整率的综合，可提供对电源供应器于改变输入电压与负载状况下更正确的性能验证。综合调整率用下列方式表示：于输入电压与输出负载电流变化下，其输出电压之偏差量须于规定之上下限电压范围内(即输出电压之上下限绝对值以内)或某一百分比界限内。
E. 输出杂讯：
输出杂讯系指于输入电压与输出负载电流均不变的情况下，其平均直流输出电压上的周期性与随机性偏差量的电压值。输出杂讯是表示在经过稳压及滤波后的直流输出电压上所有不需要的交流和噪声部份(包含低频之50/60Hz电源倍频信号、高于20 KHz之高频切换信号及其谐波，再与其它之随机性信号所组成))，通常以mVp-p峰对峰值电压为单位来表示。
一般的开关电源的规格均以输出直流输出电压的1%以内为输出杂讯之规格，其频宽为20Hz到20MHz(或其它更高之频宽如100MHz等)。 开关电源实际工作时最恶劣的状况(如输出负载电流最大、输入电源电压最低等)，若电源供应器在恶劣环境状况下，其输出直流电压加上杂讯后之输出瞬时电压，仍能够维持稳定的输出电压不超过输出高低电压界限情形，否则将可能会导致电源电压超过或低于逻辑电路(如TTL电路)之承受电源电压而误动作，进一步造成死机现象。 例如5V输出，其输出杂讯要求为50mV以内(此时包含电源调整率、负载调整率、动态负载等其它所有变动，其输出瞬时电压应介于4.75V至5.25V之间，才不致引起TTL逻辑电路之误动作)。在测量输出杂讯时，电子负载的PARD必须比待测之电源供应器的PARD值为低，才不会影响输出杂讯之测量。
同时测量电路必须有良好的隔离处理及阻抗匹配，为避免导线上产生不必要的干扰、振铃和驻波，一般都采用双同轴电缆并以50Ω于其端点上，并使用差动式量测方法(可避免地回路之杂讯电流)，来获得正确的测量结果。
F. 输入功率与效率：
电源供应器的输入功率之定义为以下之公式：True Power = Pav(watt) = V1 Ai dt = Vrms x Arms x Power Factor 即为对一周期内其输入电压与电流乘积之积分值，需注意的是Watt≠VrmsArms而是Watt=VrmsArmsxP.F.，其中P.F.为功率因素(Power Factor)，通常电源供应器的功率因素在0.6～0.7左右，而大功率之电源供应器具备功率因素校正器者，其功率因素通常大于0.95，当输入电流波形与电压波形完全相同时，功率因素为1，并依其不相同之程度，其功率因素为1～0之间。
电源供应器的效率之定义为：ΣVout x lout / True Power (watts) 即为输出直流功率之总和与输入功率之比值。通常个人电脑用电源供应器之效率为65%～80%左右。效率提供对电源供应器正确工作的验证，若效率超过规定范围，即表示设计或零件材料上有问题，效率太低时会导致散热增加而影响其使用寿命。由于近年来对于环保及能源消耗愈来愈重视，如电脑能源之星「Energy Star」对开关电源之要求：于交流输入功率为30Wrms时，其效率需为60%以上(即此时直流输出功率必须高于18W)；又对于ATX架构开关电源于直流失能(DC Disable)状态其输入功率应不大于5W。因此交流功率测试仪表需要既精确又范围宽广，才能合乎此项测试之需求。
G. 动态负载或暂态负载
一个定电压输出的电源，于设计中具备反馈控制回路，能够将其输出电压连续不断地维持稳定的输出电压。由于实际上反馈控制回路有一定的频宽，因此限制了电源供应器对负载电流变化时的反应。若控制回路输入与输出之相移于增益(Unity Gain)为1时，超过180度，则电源供应器之输出便会呈现不稳定、失控或振荡之现象。实际上，电源供应器工作时的负载电流也是动态变化的，而不是始终维持不变(例如硬盘、软驱、CPU或RAM动作等)，因此动态负载测试对电源供应器而言是极为重要的。可编程序电子负载可用来模拟电源供应器实际工作时最恶劣的负载情况，如负载电流迅速上升、下降之斜率、周期等，若电源供应器在恶劣负载状况下，仍能够维持稳定的输出电压不产生过高激(Overshoot)或过低(Undershoot)情形，否则会导致电源之输出电压超过负载组件(如TTL电路其输出瞬时电压应介于4.75V至5.25V之间，才不致引起TTL逻辑电路之误动作)之承受电源电压而误动作，进一步造成死机现象。
H. 电源良好/失效时间
电源良好信号，简称PGS，是电源送往电脑系统的信号，当其输出电压稳定后，通知电脑系统，以便做开机程序之 C 而电源失效信号(Power Fail或Pok Low)是电源供应器表示其输出电压尚未达到或下降超过于一正常工作之情况。 以上通常由一「PGS」或「Pok」信号之逻辑改变来表示，逻辑为「1或High」时，表示为电源良好(Power Good)，而逻辑为「0或Low」时，表示为电源失效(Power Fail)，电源的电源良好(Power Good)时间为从其输出电压稳定时起到PGS信号由0变为1的时间，一般值为100ms到2000ms之间。 电源的电源失效(Power Fail)时间为从PGS信号由由1变为0的时间起到其输出电压低于稳压范围的时间，一般值为1ms以上。
I. 启动时间与保持时间
启动时间为电源供应器从输入接上电源起到其输出电压上升到稳压范围内为止的时间，以一输出为5V的电源供应器为例，启动时间为从电源开机起到输出电压达到4.75V为止的时间。
保持时间为电源供应器从输入切断电源起到其输出电压下降到稳压范围外为止的时间，以一输出为5V的电源供应器为例，保持时间为从关机起到输出电压低于4.75V为止的时间，一般值为17ms或20ms以上，以避免电力公司供电中于少了半周或一周之状况下而受影响。
