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开关电源测试方法

2010-06-10 32页 pdf 194KB 29阅读

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开关电源测试方法 开关电源测试规范 第一部分:电源指标的概念、定义 一. 描述输入电压影响输出电压的几个指标形式。 1. 绝对稳压系数 A.绝对稳压系数:表示负载不变时,稳压电源输出直流变化量△U0 与输入电网变化量△Ui 之比,即: K=△U0/△Ui B. 相对稳压系数:表示负载不变时,稳压器输出直流电压 Uo 的相 对变化量△Uo 与输出电网 Ui 的相对变化量△Ui 之比,即: S=△Uo/Uo / △Ui/Ui 2. 电网调整率 它表示输入电网电压由额定值变化+-10%时,稳压电源输出电压的相 ...
开关电源测试方法
开关电源测试规范 第一部分:电源指标的概念、定义 一. 描述输入电压影响输出电压的几个指标形式。 1. 绝对稳压系数 A.绝对稳压系数:表示负载不变时,稳压电源输出直流变化量△U0 与输入电网变化量△Ui 之比,即: K=△U0/△Ui B. 相对稳压系数:表示负载不变时,稳压器输出直流电压 Uo 的相 对变化量△Uo 与输出电网 Ui 的相对变化量△Ui 之比,即: S=△Uo/Uo / △Ui/Ui 2. 电网调整率 它表示输入电网电压由额定值变化+-10%时,稳压电源输出电压的相 对变化量,有时也以绝对值表示。 3. 电压稳定度 负载电流保持为额定范围内的任何值,输入电压在规定的范围内变化 所引起的输出电压相对变化△Uo/Uo(百分值),称为稳压器的电压稳 定度。 二. 负载对输出电压影响的几种指标形式。 1. 负载调整率(也称电流调整率) 在额定电网电压下,负载电流从零变化到最大时,输出电压的最大相 对变化量,常用百分数表示,有时也用绝对变化量表示。 2. 输出电阻(也称等效内阻或内阻) 在额定电网电压下,由于负载电流变化△IL 引起输出电压变化△Uo, 则输出电阻为: Ro=|△Uo/△IL| (单位:欧姆) 三. 纹波电压的几个指标形式 1. 最大纹波电压 在额定输出电压和负载电流下,输出电压的纹波(包括噪声)的绝对 值的大小,通常以峰峰值或有效值表示。 2. 纹波系数 Y(%) 在额定负载电流下,输出纹波电压的有效值 Urms 与输出直流电压 Uo 之比,既 y=Urms/Uo ×100% 3. 纹波电压抑制比。 在规定的纹波频率(例如 50HZ)下,输出电压中的纹波电压 Ui~与输 出电压中的纹波电压 Uo~之比,即: 纹波电压抑制比=Ui~/Uo~ 这里声明一下:噪声不同于纹波。纹波是出现在输出端子间的一种与 输入频率和开关频率同步的成分,用峰-峰(peak to peak)值表示, 一般在输出电压的 0.5%以下;噪声是出现在输出端子间的纹波以外 的一种高频成分,也用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在输出 电压的 1%左右。纹波噪声是二者的合成,用峰-峰(peak to peak) 值表示,一般在输出电压的 2%以下。 四. 冲击电流 冲击电流是指输入电压按规定时间间隔接通或断开时,输入电流达到 稳定状态前所通过的最大瞬间电流,一般是 20A——30A。 五. 过流保护 是一种电源负载保护功能,以避免发生包括输出端子上的短路在内的 过负载输出电流对电源和负载的损坏。过流的给定值一般是额定电流 的 110%——130%。 六. 过压保护 是一种对端子间过大电压进行负载保护的功能。一般规定为输出电压 的 130%——150%。 七. 输出欠压保护 当输出电压在标准值以下时,检测输出电压下降或为保护负载及防止 误操作而停止电源并发出报警信号,多为输出电压的 80%——30%左 右。 八. 过热保护 在电源内部发生异常或因使用不当而使电源温升超标时停止电源的 工作并发出报警信号。 九. 温度漂移和温度系数 温度漂移:环境温度的变化影响元器件的参数的变化,从而引起稳压 器输出电压变化。常用温度系数表示温度漂移的大小。 绝对温度系数:温度变化 1 摄氏度引起输出电压值的变化△UoT,单 位是 V/℃或毫伏每摄氏度。 相对温度系数:温度变化 1 摄氏度引起输出电压相对变化△UoT/Uo, 单位是 V/℃。 十. 漂移 稳压器在输入电压、负载电流和环境温度保持一定的情况下,元件参 数的稳定性也会造成输出电压的变化,慢变化叫漂移,快变化叫噪声, 介于两者之间叫起伏。 表示漂移的方法有两种: 1. 在指定的时间内输出电压值的变化△Uot。 2. 在指定时间内输出电压的相对变化△Uot/Uo。 考察漂移的时间可以定为 1 分钟、10 分钟、1 小时、8 小时或更长。 只在精度较高的稳压器中,才有温度系数和温漂两项指标。 十一. 响应时间 是指负载电流突然变化时,稳压器的输出电压从开始变化到达新的稳 定值的一段调整时间。 在直流稳压器中,则是用在矩形波负载电流时的输出电压波形来表示 这个特性,称为过度特性。 十二. 失真 这是交流稳压器特有的。是指输出波形不是正常波形,产生波形畸变, 称为畸变。 十三. 噪声 按 30HZ——18kHZ 的可听频率规定,这对开关电源的转换频率不成问 题,但对带风扇的电源要根据需要加以规定。 十四. 输入噪声 为使开关电源工作保持正常状态,要根据额定输入条件,按由允许输 入外并叠加于工业用频率的脉冲状电压(0——peak)制定输入噪声 指标。一般外加脉冲宽度为 100——800us,外加电压 1000V。 十五. 浪涌 这是在输入电压,以 1 分钟以上的间隔按规定次数加一种浪涌电压, 以避免发生绝缘破坏、闪络、电弧等异常现象。通信设备等规定的数 值为数千伏,一般为 1200V。 十六. 静电噪声 指在额定输入条件下,外加到电源框体的任意部分时,全输出电路能 保持正常工作状态的一种重复脉冲状的静电。一般保证 5——10KV 以 内。 十七. 稳定度 允许使用条件下,输出电压最大相对变化△Uo/Uo 。 十八. 电气安全要求(GB 4943-90)。 1. 电源结构的安全要求。 1) 空间要求。 UL、CSA、VDE 安全规范强调了在带电部分之间和带电部分与非带电 金属部分之间的表面、空间的距离要求。UL、CSA 要求:极间电压大 于等于 250VAC 的高压导体之间,以及高压导体与非带电金属部分之 间(这里不包括导线间),无论在表面间还是在空间,均应有 0.1 英 寸的距离;VDE 要求交流线之间有 3mm 的徐变或 2mm 的净空隙;IEC 要求:交流线间有 3mm 的净空间隙及在交流线与接地导体间的 4mm 的 净空间隙。另外,VDE、IEC 要求在电源的输出和输入之间,至少有 8mm 的空间间距。 2) 电介质实验测试方法(打高压:输入与输出、输入和地、输入 AC 两级之间)。 3)漏电流测量 漏电流是流经输入侧地线的电流,在开关电源中主要是通过静噪滤波 器的旁路电容器泄露电流。UL、CSA 均要求暴露的不带电的金属部分 均应与大地相接,漏电流测量是通过将这些部分与大地之间接一个 1.5K 欧的电阻,其漏电流应该不大于 5 毫安。VDE 允许:用 1.5K 欧 的电阻与 150nP 电容并接。并施加 1.06 倍额定使用电压,对数据处 理设备,漏电流应不大于 3.5 毫安。一般是 1 毫安左右。 4) 绝缘电阻测试 VDE 要求输入和低电压输出电路之间应有 7M 欧的电阻,在可接触到 的金属部分和输入之间,应有 2M 欧的电阻或加 500V 直流电压持续 1 分钟。 5) 印制电路板要求。要求是 UL 认证的 94V-2 材料或比此更好的材 料。 2. 对电源变压器结构的安全要求。 1) 变压器的绝缘。 变压器的绕组使用的铜线应为漆包线,其他金属部分应涂有瓷、漆等 绝缘物质。 2) 变压器的介电强度。 在实验中不应出现绝缘层破裂和飞弧现象。 3) 变压器的绝缘电阻。 变压器绕组间的绝缘电阻至少为 10M 欧,在绕组与磁心、骨架、屏蔽 层间施加 500 伏直流电压,持续 1 分钟,不应出现击穿、飞弧现象。 4) 变压器湿度电阻 变压器必须在放置于潮湿的环境之后,立即进行绝缘电阻和介电强度 实验,并满足要求。潮湿环境一般是:相对湿度为 92%(公差为 2%), 温度稳定在 20 到 30 摄氏度之间,误差允许 1%,需在内放置至少 48 小时之后,立即进行上述实验。此时变压器的本身温度不应该较进入 潮湿环境之前测试高出 4 摄氏度。 5) VDE 关于变压器温度特性的要求。 6) UL、CSA 关于变压器温度特性的要求。 注: IEC——International Electrotechnical Commission VDE——Verbandes Deutcher Electrotechnicer UL——Underwriters’ Laboratories CSA——Canadian Standards Association FCC—— Federal Communications Commission 十九. 无线电骚扰(按照 GB 9254-1998 测试)。 1. 电源端子骚扰电压限值。 2. 辐射骚扰限值。 二十. 环境实验。 环境试验是将产品或材料暴露到自然或人工环境中,从而对它们在实 际上可能遇到的贮存、运输和使用条件下的性能作出评价。 ⑴ 低温 ⑵ 高温 ⑶ 恒定湿热 ⑷ 交变湿热 ⑸ 冲撞(冲击和碰撞) ⑹ 振动 ⑺ 恒加速 ⑻ 贮存 ⑼ 长霉 ⑽ 腐蚀大气(例如盐雾) ⑾ 砂尘 ⑿ 空气压力(高压或低压) ⒀ 温度变化 ⒁ 可燃性 ⒂ 密封 ⒃ 水 ⒄ 辐射(太阳或核) ⒅ 锡焊 ⒆ 接端强度 ⒇ 噪声:微打 65DB 二十一. 电磁兼容性试验 电磁兼容性试验(electromagnetic compatiblity EMC) 电磁兼容性是指设备或系统在共同的电磁环境中能正常工作且不对 该环境中 任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。 电磁干扰波一般有两种传播途径,要按各个途径进行评价.一种是以 波长长的频带向电源线传播,给发射区以干扰的途径,一般在 30MHZ 以下.这种波长长的频率在附属于电子设备的电源线的长度范围内还 不满 1 个波长,其辐射到空间的量也很少,由此可掌握发生于电源线 上的电压,进而可充分评估干扰的大小,这种噪声叫做传导噪声。 当频率达到 30MHZ 以上,波长也会随之变短。这时如果只对发生于电 源线的噪声源电压进行评价,就与实际干扰不符。因此,采用了通过 直接测定传播到空间的干扰波评价噪声大小的方法,该噪声就叫做辐 射噪声。测定辐射噪声的方法有上述按电场强度对传播空间的干扰波 进行直接测定的方法和测定泄露到电源线上的功率的方法。 电磁兼容性试验包括以下试验: ① 磁场敏感度:(抗扰性)设备、分系统或系统暴露在电磁辐射下的 不希望有的响应程度。敏感度电平越小,敏感性越高,抗扰性越差。 固定频率、峰峰值的磁场 ② 静电放电敏感度:具有不同静电电位的物体相互靠近或直接接触 引起的电荷转移。300PF 电容充电到-15000V,通过 500 欧电阻放电。 可超差,但放完后要正常。数据传递、储存,不能丢 ③ 电源瞬态敏感度:包括尖峰信号敏感度(0.5us 10us 2 倍)、电 压瞬态敏感度(10%-30%,30S 恢复)、频率瞬态敏感度(5%-10%,30S 恢复)。 ④ 辐射敏感度:对造成设备降级的辐射干扰场的度量。(14K-1GHZ, 电场强度为 1V/M) ⑤ 传导敏感度:当引起设备不希望有的响应或造成其性能降级时, 对在电源、控制或信号线上的干扰信号或电压的度量。(30HZ-50KHZ 3V ,50K-400M 1V) ⑥ 非工作状态磁场干扰:包装箱 4.6m 磁通密度小于 0.525uT,0.9m 0.525Ut。 ⑦ 工作状态磁场干扰:上、下、左、右交流磁通密度小于 0.5mT。 ⑧ 传导干扰:沿着导体传播的干扰。10KHz-30MHz 60(48)dBuV。 ⑨ 辐射干扰:通过空间以电磁波形式传播的电磁干扰。 10KHz-1000MHz 30 屏蔽室 60(54)uV/m。 第二部分 测试方法 一. 耐电压 (HI.POT,ELECTRIC STRENGTH ,DIELECTRIC VOLTAGE WITHSTAND)KV 1.1 定义:于指定的端子间,例如:I/P-O/P,I/P-FG,O/P-FG间,可耐交 流之有效值,漏电流一般可容许 10 毫安,时间 1 分钟。 1.2 测试条件:Ta:25 摄氏度;RH:室内湿度。 1.3 测试回路: 1.4 说明: 1.4.1 耐压测试主要为防止电气破坏,经由输入串入之高压,影响 使用者安全。 1.4.2 测试时电压必须由 0V 开始调升,并于 1 分钟内调至最高点。 1.4.2 放电时必须注意测试器之 Timer 设定,于 OFF 前将电压调回 0V。 1.4.3 安规认证测试时,变压器需另行加测,室内 ,温度 25 摄氏 度,RH:95 摄氏度,48HR,后测试变压器初/次级与初级/CORE。 1.4.5 生产线测试时间为 1 秒钟。 二.纹波噪声 (Ripple & Noise)%,mv 2.1 定义: 直流输出电压上重叠之交流电压成份最大值(P-P)或有效值。 2.2 测试条件: I/P: Nominal O/P : Full Load Ta : 25℃ 2.3 测试回路: 2.4 测试波形: 2.5 说明: 2.5.1 示波器之 GND 线愈短愈好,测试线得远离 PUS。 2.5.2 使用 1:1 之 Probe。 2.5.3 Scope 之 BW 一般设定于 20MHz,但是对于目前的网络产品测 试纹波噪声最好将 BW 设为最大。 2.5.4 Noise 与使用仪器,环境差异极大,因此测试必须表明测试 地点。 2.5.5 测试纹波噪声以不超过原值 +1%Vo。 三.泄漏电流 (Leakage Current)mA 3.1 定义: 输入一机壳间流通之电流(机壳必须为接大地时)。 3.2 测试条件: I/P:Vin max.×1.06(TUV)/60Hz Vin max.(UL1012)/60Hz O/P: No Load/Full Load Ta: 25 ℃ 3.3 测试回路: 3.4 说明: 3.4.1 L,N 均需测。 3.4.2UL1012 R 值为 1K5。 TUV R 值为 2K/0。15uF。 3.4.3 漏电流规格 TUV:3。5mA,UL1012:5mA。 四.温度测试 (Temperature Test) 4.1 定义: 温度测试指 PSU 于正常工作下,其零件或 Case 温度不得超出其材质 规 格或规格定值。 4.2 测试条件: I/P: Nominal O/P: Full Load Ta : 25℃ 4.3 测试方法: 4.3.1 将 Thermo Coupler(TYPE K)稳固的固定于量测的物体上 (速干、Tape 或焊接方式)。 4.3.2 Thermo Coupler 于末端绞三圈后焊成一球状测试。 4.3.3 我们一般用点温计测量。 4.4 测试零件: 热源及易受热源影响部分 例如:输入端子、Fuse、输入电容、输入电感、滤波电容、桥整、热 敏、突波吸收器、输出电容、输出电容、输出电感、变压器、铁芯、 绕线、散热片、大功率半导体、Case、热源零件下之 P.C.B.……。 4.5 零件温度限制: 4.5.1 零件上有标示温度者,以标示之温度为基准。 4.5.2 其他未标示温度之零件,温度不超过 P.C.B.之耐温。 4.5.3 电感显示个别申请安规者,温升限制 65℃Max(UL1012),75 ℃ Max(TUV)。 五.输入电压调节率 (Line Regulation), % 5.1 定义: 输入电压在额定范围内变化时,输出电压之变化率。 Vmax-Vnor Line Regulation(+)=------------------ Vnor Vnor-Vmin Line Regulation(-)=------------------ Vnor Vmax-Vmin Line Regulation=---------------- Vnor Vnor:输入电压为常态值,输出为满载时之输出电压。 Vmax:输入电压变化时之最高输出电压。 Vmin:输入电压变化时之最低输出电压。 5.2 测试条件: I/P:Min./Nominal/Max O/P:Full Load Ta:25℃ 5.3 测试回路: 5.4 说明: Line Regulation 亦可直接 Vmax-Vnor 与 Vmin-Vnor 之±最大 值以 mV 表示,再配合 Tolerance%表示。 六.负载调节率 (Load Regulation)% 5.1 定义: 输出电流于额定范围内变化(静态)时,输出电压之变化率。 |Vminl-Vcent| Line Regulation(+)=------------------×100% Vcent |Vcent-VfL| Line Regulation(-)=------------------×100% Vcent |VminL-VfL| Line Regulation(%)=----------------×100% Vcent VmilL:最小负载时之输出电压 VfL:满载时之输出电压 Vcent:半载时之输出电压 6.2 测试条件: I/P:Nominal O/P:Min./Half/Full Load Ta:25℃ 6.3 测试回路: 6.4Load Regulation 亦可直接 Vmin.L-Vcent 与 Vcent-Vmax.之±最 大 值以 mV 表示,再配合 Tolerance%表示。 第三部分 测试报告要求的项目: 对于电源部品认定测试, 测试报告要求提供测试数据及结论。来料 检可根据要求减少测试项目,对于测试不合格品的应该表明不合格的 测试项。 一. 输入特性。 1. 工作输入电压和电压变动范围。 2. 输入电压的频率和频率变动范围。 3. 额定输入电流。是指在输入电压和输出电流在额定条件时的电流。 4. 输入下陷和瞬间停电。这是一种输入电压瞬间时下降或瞬断的状 态,要用额定输出电压和电流加以限定。测试的指标为电压和时间。 5. 冲击电流。 6. 漏电流。 7. 效率。因为该指标与发热有关,因此散热时要考虑效率。 8. 测试中要标明输入采用单相 2 线式还是 3 相三线式。 二. 输出特性。 1. 额定输出电压。 2. 额定输出电流。 3. 稳压精度。 1) 电压稳定度。 2) 电流调整率。 3) 纹波噪声。包括最大纹波电压;最大纹波噪声电压。 4. 瞬间电流变动导致的输出电压的变动值。 三. 附属功能要求。 1. 过流保护。 2. 过压保护。 3. 输入欠压保护。 4. 过热保护。 5. 绝缘电阻。输入端与壳体;输入端子和输出端子;输出端子和壳 体。 6. 绝缘电压。打高压:输入与输出、输入和地、输入 AC 两级之间, 根据国家标准制定高压值。 四. 结构规格。 1. 形状条件:如外包装机壳的有无等。 2. 确定外型尺寸和尺寸公差。 3. 安装条件:安装位置、安装孔、等。 4. 冷却条件:强制或自冷以及通风方向,风量和孔径尺寸。 5. 接口位置和标志。 6. 操作零部件(输出电压可调电阻、开关、指示灯)的位置和提示 文字的位置。 7. 重量。 五. 使用环境条件。 1. 温度。 2. 湿度。 3. 耐振动、冲击。 六. 其它条件。 1. 输入噪声。 2. 浪涌。 3. 静电噪声(有外壳的有要求)。 开关电源的测试 良好的开关电源必须符合所有功能规格、保护特性、安全规 范(如 UL、CSA、VDE、DEMKO、SEMKO,长城等等之耐压、抗燃、 漏电流、接地等安全规格)、电磁兼容能力(如 FCC、CE 等之传导 与幅射干扰)、可靠性(如老化寿命测试)、及其他之特定需求等。 开关电源的、制造及品质管理等测试需要精密的电子仪 器设备来模拟电源供应器实际工作时之各项特性(亦即为各项规 格),并验证能否通过。开关电源有许多不同的组成结构(单输出、 多输出、及正负极性等)和输出电压、电流、功率之组合,因此需 要具弹性多样化的测试仪器才能符合众多不同规格之需求。 电气性能(Electrical Specifications)测试 当验证电源供应器的品质时,下列为一般的功能性测试项目, 详细说明如下: *功能(Functions)测试: ·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) ·动态负载或暂态负载(Dynamic or Transient Response) ·电源良好/失效(Power Good/Fail)时间 ·起动(Set-Up)及保持(Hold-Up)时间 *保护动作(Protections)测试: ·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) *安全(Safety)规格测试: ·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,工作温度须於安全 规格内。 ·机壳接地:需於 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 ·异常测试:散热风扇停转、电压选择开关设定错误 *电磁兼容(Electromagnetic Compliance)测试: 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 *可靠性(Reliability)测试: 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。 *其他测试: ·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(OV P)、过电流保护(OCP)等。另外,於 ESD 放电电压在高达 25KV 下, 应不致造成元件故障(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。 常规功能(Functions)测试 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 230Va c),并且将输出电流设定为正常值或满载电流,然後以数字电压 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 值位於要求之范围内。 电源调整率: 电源调整率的定义为电源供应器於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,(KIKUSUI PCR 系列电源能提供 0--30 0VAC 5-1000Hz 的稳定交流电源,0---400V DC 的直流电源)。 ·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,具备至少高於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:於待测电源供应器以正常输入电压及负载状况下 热机稳定後,分别於低输入电压(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:於输入电压变化下,其输出 电压之偏差量须於规定之上下限范围内,即输出电压之上下限绝 对值以内。 负载调整率: 负载调整率的定义为开关电源於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。示: 测试步骤如下:於待测电源供应器以正常输入电压及负载状况下 热机稳定後,测量正常负载下之输出电压值,再分别於轻载(Min)、 重载(Max)负载下,测量并记录其输出电压值(分别为 Vmax 与 Vmi n),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:於输出负载电流变化下,其输 出电压之偏差量须於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。 综合调整率: 综合调整率的定义为电源供应器於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 提供对电源供应器於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:於输入电压与输出负载电流变 化下,其输出电压之偏差量须於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。 输出杂讯(PARD): 输出杂讯(PARD)系指於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後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、高於 2 0 KHz 之高频切换信号及其谐波,再与其他之随机性信号所组 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(或其他更高之频宽如 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 杂讯後之输出瞬时电压,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於逻辑 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、动态负载等其他所有变动,其输出瞬时电压应介於 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 PAR D 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於其端点上,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,日本计测 KEISOKU GEIKEN 的 PARD 测试仪具备此种功能。 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 Powe r 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 Wa tt≠VrmsArms 而是 Watt=VrmsArmsxP.F.,其中 P.F.为功率因素(P ower 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 於 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。 由於近年来 对於环保及能源消耗愈来愈重视,如电脑能源之星「Energy Sta r」对开关电源之要求:於交流输入功率为 30Wrms 时,其效率需 为 60%以上(即此时直流输出功率必须高於 18W);又对於 ATX 架构 开关电源於直流失能(DC Disable)状态其输入功率应不大於 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。 动态负载或暂态负载 一个定电压输出的电源,於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。由於实际上反馈控制 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於增益(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 元件(如 TTL 电路其输出瞬时电压应介於 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。 电源良好/失效时间(Power Good、Power Fail 或 Pok) 电源良好信号,简称 PGS(Power Good Signal 或 Pok High),是 电源送往电脑系统的信号,当其输出电压稳定後,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於一正常工作 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),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 PG S 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於稳压范围的时间,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。 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於 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於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。 其他 ·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」 保护功能测试 过电压保护(OVP)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元件,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。 过电压保护功能对於一些 对电压敏感的负载特别重要,如 CPU、记忆体、逻辑电路等,因 为这些贵重元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。电源供应器於过电压情形发生时, 其输出电压波形如图 7 所示。 短路保护测试 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,或使用电源之元件或零组件故障短路所 致),电源供应器能否正确地反应。 过电流保护 OCP 测试 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。 过功率保护 OPP 测试 当电源的输出功率(可为单一输出或多组输出)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。 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。 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(OVP、OCP、Short 等)稍具变化。
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