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开关电源的测试

良好的开关电源必须符合所有功能规范、保护特性和安全规范(如UL、CSA、VDE、DEMKO、SEMKO,电磁兼容性(如耐压、耐燃、漏电流、接地等)。FCC、CE传导和幅射干扰等。 ?AC-DC:如个人、家庭、办公、工业(电脑、周边、传真机、充电器) ?DC-DC:如可携带产品(手机、笔记本电脑、摄像头、通信交换机二次电源) ?DC-AC:如车用转换器(12V~115/230V) 、通信交换机振铃信号电源 ?AC-AC:如交流电源变压器、变频器UPS不间断电源 开关电源的设计、制造和质量管理测试需要精密的电子仪器设备来模拟电源供应商的实际工作特性(即规格),并验证是否通过。 开关电源有许多不同的组成结构(单输出、多输出、正负极性等)。以及输出电压、电流和功率的组合,因此需要弹性多样化的测试仪器来满足许多不同规格的需要。 电气性能(Electrical Specifications)测试

在验证电源供应器质量时,以下是一般功能测试项目,详细说明如下: ?输出电压调整(Hold-on Voltage Adjust) ?电源调整率(Line Regulation) ?负载调整率(Load Regulation) ?综合调整率(Conmine Regulation) ?输出涟波及杂讯(Output Ripple & Noise, RARD) ?输入功率及效率(Input Power, Efficiency) ?动态负载或临时负载(Dynamic or Transient Response) ?电源好/失效(Power Good/Fail)时间 ?起动(Set-Up)及保持(Hold-Up)时间 常规功能(Functions)测试 制造开关电源时,第一步是将输出电压调整到规格范围。只有在完成此步骤后,才能确保后续规格能够满足。输入交流电压通常设置为正常值(115Vac或230Vac),将输出电流设置为正常值或满载电流,然后用数字电压表测量电源供应商的输出电压,并调整其电位(VR)直到电压读数在要求范围内。 当输入电压变化时,电源调节率的定义是电源供应器提供其稳定输出电压的能力。该测试用于验证在最恶劣的电源电压环境下,如夏季中午(由于温度高,电力需求最大)的电源电压最低;冬季夜间(由于温度低,电力需求最小)的电源电压最高。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。 以下设备需要准确测量电源调节率: ?能提供可变电压能力的电源,至少能提供最低输入电压范围,(KIKUSUI PCR提供0系列电源–300VAC 5-1000Hz 稳定的交流电源,0-400V DC直流电源)。 ?测量输入电源电压的均方根值交流电压表,精确测量多个数字功率计V A W PF。 ?精密直流电压表的调整率至少是待测物体的十倍,一般采用5位以上的高精度数字表。 ?可变电子负载连接到待测输出。

  • 测试步骤如下:在正常输入电压和负载条件下,待测电源供应器分别稳定热机后(Min),正常输入电压(Normal),输入电压高(Max)测量并记录其输出电压值。电源调整率通常是正常的固定负载(Nominal Load)输出电压偏差率由输入电压变化引起(deviation)如下列公式所示: V0(max)-V0(min) / V0(normal) 电源调整率也可以用以下方式表示:在输入电压变化下,输出电压的偏差必须在规定的上下限范围内,即输出电压的绝对值。 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。该测试用于验证电源在最恶劣的负载环境中,如个人电脑设备最小外卡和硬盘不移动(由于负载最小,电力需求最小),其负载电流最低,个人电脑设备外卡和硬盘在移动(由于负载最大,电力需求最大),验证电源供应商输出电源的稳定性是否符合要求的规格。
  • 所需的设备和连接类似于电源调整率,唯一的区别是精密电流表与待测电源供应器的输出串联。 测试步骤如下:在正常输入电压和负载条件下热机稳定后,测量正常负载下的输出电压值(Min)、重载(Max)输出电压值分别在负载下测量和记录(Vmax与Vmin),负载调固定输入电压下,负载调整率通常是由负载电流变化引起的输出电压偏差率的百分比,如下列公式所示: V0(max)-V0(min) / V0(normal) 负载调整率也可以用以下方式表示:在输出负载电流变化下,输出电压的偏差必须在规定的上下电压范围内,即输出电压的绝对值。 当输入电压和输出负载电流发生变化时,将电源供应器定义为稳定输出电压的能力。这是电源调整率和负载调整率的综合体。本试验是上述电源调整率和负载调整率的综合体,可以在改变输入电压和负载条件下提供更正确的性能验证。综合调整率如下:在输入电压和输出负载电流变化下,输出电压的偏差应在规定的上下限电压范围内(即输出电压上下限绝对值内)或一定百分比范围内。 输出杂讯(PARD)是指在输入电压和输出负载电流不变的情况下,其平均直流输出电压上的周期性和随机偏差的电压值。输出杂讯是指所有不和滤波后的直流输出电压上所有不必要的交流和噪声部分(包括低频50/60Hz电源倍频信号高于20 KHz它通常由高频切换信号及其谐波和其他随机信号组成)mVp-p峰对峰值电压为单位来表示。 一般开关电源的规格为输出直流输出电压的1%以内,其频宽为20Hz到20MHz(或者其他更高的频宽如1000MHz等)。开关电源实际工作中最糟糕的情况(如输出负载电流最大、输入电源电压最低等)。如果电源供应商在恶劣环境下,输出直流电压和杂信后的输出瞬时电压仍能保持稳定的输出电压不超过输出高低电压边界,否则可能导致电源电压超过或低于逻辑电路(如TTL电路)承受电源电压而误动,进一步造成死机。 例如5V输出杂讯要求为50mV所有其他变化源调节率、负载调节率、动态负载等所有其他变化,其输出瞬时电压应介于4.75V至5.25V之间,不会引起TTL逻辑电路误动作)。测量输出杂讯时,电子负载PARD必须与待测电源供应器相比PARD低值不会影响输出杂讯的测量。同时,测量电路必须具有良好的隔离处理和阻抗匹配。为了避免不必要的干扰、铃声和驻波,双同轴电缆通常用于50Ω在其端点,采用差动测量方法(可避免地回路的杂讯电流)获得正确的测量结果,日本计量KEISOKU GEIKEN 的PARD 测试仪具有此功能。 电源供应器的输入功率定义为以下公式: True Power = Pav(watt) = V1 Ai dt = Vrms x Arms x Power Factor 即使是输入电压和电流乘积在一个周期内的积分值,也要注意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,大功率供电器具有功率因素校正器,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,功率因素为1~0。 定义为: ΣVout x lout / True Power (watts) 即输出直流功率之和与输入功率之比。个人电脑电源供应器的效率通常在65%~80%左右。如果效率超过规定的正确工作提供了验证。如果效率超过规定过低会导致散热增加,影响其使用寿命。近年来,人们越来越重视环境保护和能源消耗,如计算机能源之星「Energy Star」对开关电源的要求:交流输入功率为30Wrms其效率应在60%以上(即此时直流输出功率必须高于18%)W);又对于ATX架构开关电源直流失能(DC Disable)输入功率不应大于5W。因此,交流功率测试仪需要既精确又广泛,以满足测试的需要。 设计中具有反馈控制电路的固定电压输出电源,可连续保持其输出电压稳定。由于反馈控制电路实际上有一定的频宽,电源供应器在负载电流变化时的反应受到限制。如果控制电路输入和输出之间的相移(Unity Gain)1时,如果超过180度,电源供应器的输出将不稳定、失控或振荡。事实上,电源供应器工作时的负载电流也会发生动态变化,而不是始终保持不变(如硬盘、软驱动、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。可编程电子负载可用于模拟电源供应商实际工作中最恶劣的负载,如负载电流快速上升、下降斜率、周期等,如果电源供应商在恶劣负载条件下仍能保持稳定的输出电压不产生过高的激励(Overshoot)或过低(Undershoot)情形,否则,电源的输出电压会超过负载组件(如TTL输出瞬时电压应介于4.75V至5.25V之间,不会引起TTL承受电源电压的逻辑电路误动作)误动作,进一步造成死机。 良好的电源信号,简称PGS(Power Good Signal或Pok High),当输出电压稳定时,机系统的信号。当输出电压稳定时,通知计算机系统进行启动程序 C 电源故障信号(Power Fail或Pok Low)电源供应器表示其输出电压尚未达到或下降超过正常工作。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),请叁考图5之时序图: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。日本计测KEISOKU GEIKEN 的电子负载可直接测量电源良好与电源失效时间,并可设定上下限,做为是否合格的判别。 I. 启动时间(Set-Up Time)与保持时间(Hold-Up Time) 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。 启动时间与保持时间的时序如图6所示。 I. 其它 •Power Up delay:+5/3.3V 的上升时间(由10%上升到90%电压之时间) •Remote ON/OFF Control:遥控「开」或「关」之控制 •Fan Speed Control/Monitor:散热风扇之转速「控制」及「监视」 •过电压保护(OVP, Over Voltage Protection) •短路保护(Short) •过电流保护(OCP, Over Current Protection) •过功率保护(OPP, Over Power Protection) 保护功能测试 当电源供应器的输出电压超过其最大的限定电压时,会将其输出关闭(Shutdown)以避免损坏负载之电路组件,称为过电压保护。过电压保护测试系用来验证电源供应器当出现上述异常状况时(当电源供应器内部之回授控制电路或零件损坏时,有可能产生异常之输出高电压),能否正确地反应。过电压保护功能对于一些对电压敏感的负载特别重要,如CPU、记忆体、逻辑电路等,因为这些贵重组件若因工作电压太高,超过其额定值时,会导致永久性的损坏,因而损失惨重。电源供应器于过电压情形发生时,其输出电压波形如图7所示。 当电源供应器的输出短路时,则电源供应器应该限制其输出电流或关闭其输出,以避免损坏。短路保护测试是验证当输出短路时(可能是配线连接错误,或使用电源之组件或零组件故障短路所致),电源供应器能否正确地反应。 当电源供应器的输出电流超过额定时,则电源供应器应该限制其输出电流或关闭其输出,以避免负载电流过大而损坏。又若电源供应器之内部零件损坏而造成较正常大的负载电流时,则电源供应器也应该关闭或限制其输出,以避免损坏或发生危险。过电流保护测试是验证当上述任一种状况发生时,电源供应器能否正确地反应。 (本项测试通常包含两组或数组输出功率之功率限制保护,因此较上述单一输出之保护测试过功率保护测试是验证当上述任一种状况发生时,电源能否正确地反应。超过额定时,则电源应该限制其输出功率或关闭其输出,以避免负载功率过大而损坏或发生危险。又若电源内部零件损坏而造成较正常大的负载功率时,则电源也应该关闭或限制其输出,以避免损坏。)可为单一输出或多组输出(当电源的输出功率 •输入电流、漏电电流等 •耐压绝缘: 电源输入对地,电源输出对地;电路板线路须有安全间距。 •温度抗燃:零组件需具备抗燃之安全规格,工作温度须于安全规格内。 •机壳接地:需于0.1欧姆以下,以避免漏电触电之危险。 •变压输出特性:开路、短路及最大伏安(VA)输出 :散热风扇停转、电压选择开关设定错误 电源供应器需符合CISPR 22、CLASS B之传导与幅射的4dB馀裕度,电源供应器需在以下三种负载状况下测试: 每个输出为空载、每个输出为50%负载、每个输出为100%负载。 •传导干扰/免疫:经由电源线之传导性干扰/免疫 •幅射干扰/免疫:经由磁场之幅射性干扰/免疫 老化寿命测试:高温(约50-60度)及长时间(约8-24小时)满载测试。 •ESD:Electrostatic Discharge静电放电(人或物体经由直接接触或间隔放电引起)在2-15KV之ESD脉波下,待测物之每个表面区域应执行连续20次的静电放电测试,电源供应器之输出需继续工作而不会产生突波(Glitch)或中断(Interrupt),直接ESD接触时不应造成过激(Overshoot)或欠激(Undershoot)之超过稳压范围的状况、及过电压保护(OVP)、过电流保护(OCP)等。另外,于ESD放电电压在高达25KV下,应不致造成组件故障(Failure)。 •EFT:Electrical Fast Transient or burst一串切换杂讯经由电源线或I/O线路之传导性干扰(由供电或建筑物内引起)。 •Surge:经由电源线之高能量暂态杂讯干扰(电灯之闪动引起)。 •VD/I:Dips and Interrupts电源电压下降或中断(电力分配系统之故障或失误所引起,例如供电过载或空气开关跳动所引起) •Inrush: 开机输入冲击电流,开关电源对供电系统的影响。

标签: 环保开关电位器

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