根據(jù)能效標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電源合規(guī)性測(cè)試

在過(guò)去幾年間， 包括美國(guó)環(huán)保署(EPA)的能源之星計(jì)劃、歐盟委員會(huì)的行為準(zhǔn)則( CoC ) 和加州能源委員會(huì)(CEC) 在內(nèi)的多家主要國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織都已制定了新的外部電源效率要求。這些標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)師必須以高精度來(lái)測(cè)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(duì)簡(jiǎn)單的測(cè)量方法， 以確定外部電源對(duì)這些變化中的能效標(biāo)準(zhǔn)的合規(guī)性，同時(shí)還將提供一些有用的測(cè)試技巧。

基本要求

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

1.一個(gè)瓦特表;

2.一個(gè)可程控交流電源;

3.一個(gè)電子負(fù)載;

4.兩個(gè)數(shù)字萬(wàn)用表(其中一個(gè)必須為高精度電流表);

接下來(lái)，您需要遵循一些一般準(zhǔn)則，才能獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。首先，由于電源的能效合規(guī)性測(cè)量是一種系統(tǒng)級(jí)測(cè)試，還要測(cè)量輸入電纜和輸出電纜中的功耗情況，因此必須確保測(cè)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(cè)試需要在輸出線電壓和輸入線電壓變化期間保持長(zhǎng)時(shí)間的溫度穩(wěn)定。因此，預(yù)計(jì)完成這些測(cè)試需要數(shù)小時(shí)的時(shí)間。最后，在您每次修改產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，必須重復(fù)進(jìn)行這些測(cè)試，以確保獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。

實(shí)現(xiàn)最高精度

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

圖2中的圖形表示的是來(lái)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?cè)谶M(jìn)行此測(cè)量時(shí)需使用瓦特表，因?yàn)樗蓽y(cè)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(biāo)準(zhǔn)要求測(cè)量0.5W或更大的功率時(shí)，輸入功率測(cè)量的不確定度應(yīng)小于2%;測(cè)量0.5W以下的功率時(shí)，其不確定度應(yīng)為10mW。

可以對(duì)多家主要儀表廠商的瓦特表進(jìn)行配置來(lái)滿足這些要求。由于瓦特表同時(shí)包含電流檢測(cè)元件和電壓檢測(cè)元件，可以將電壓檢測(cè)元件配置為位于輸入電流檢測(cè)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常可在其用戶手冊(cè)中找到。進(jìn)行低負(fù)載或空載測(cè)量時(shí)，可以通過(guò)將電壓檢測(cè)元件配置為位于電流檢測(cè)元件之前，來(lái)獲得更精確的測(cè)量結(jié)果。這樣可以防止來(lái)自電壓檢測(cè)元件的電流被電流檢測(cè)元件測(cè)量?？紤]到電壓檢測(cè)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(biāo)準(zhǔn)的低測(cè)量不確定度要求方面至關(guān)重要。

高功率應(yīng)用

進(jìn)行較高功率設(shè)計(jì)時(shí)，需要解決不同的問(wèn)題。在這些應(yīng)用中，電壓檢測(cè)元件的功率損耗非常小，可以將電壓檢測(cè)元件連接到電流檢測(cè)元件之后，使其靠近電壓輸入。這種方法可防止電流檢測(cè)元件上出現(xiàn)壓降以及瓦特表的內(nèi)部線路被錯(cuò)誤地納入功率測(cè)量，從而導(dǎo)致所計(jì)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(cè)量輸出功率時(shí)需要使用兩個(gè)萬(wàn)用表：一個(gè)用來(lái)測(cè)量輸出電壓，另一個(gè)用來(lái)測(cè)量輸出電流。用精度較高的萬(wàn)用表來(lái)測(cè)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(guò)輸出電壓乘以輸出電流計(jì)算得出。

為簡(jiǎn)化確定電源規(guī)格是否符合全球性規(guī)范的工作， PowerIntegrations開(kāi)發(fā)出了一款有用的能效合規(guī)性計(jì)算器。空載和帶載模式效率的目標(biāo)值可從每個(gè)電源的標(biāo)稱額定值計(jì)算出來(lái)。該額定值只是電源外殼上標(biāo)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(biāo)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(biāo)稱輸出功率額定值，計(jì)算器就會(huì)自動(dòng)告訴您與電源設(shè)計(jì)相關(guān)的能效標(biāo)準(zhǔn)的合規(guī)性目標(biāo)值。接受通用輸入電壓的設(shè)計(jì)要求同時(shí)在115VAC、60Hz和230VAC、50Hz下進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于單路輸入設(shè)計(jì)，則應(yīng)在115VAC或230VAC的額定輸入電壓下進(jìn)行測(cè)量。

現(xiàn)在，我們以一個(gè)額定值為通用輸入范圍的5 V、350 mA手機(jī)充電器為例來(lái)演示測(cè)試程序。首先，我們將進(jìn)行一系列測(cè)試來(lái)測(cè)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(biāo)稱額定值的25%、50%、75%和100%負(fù)載水平下測(cè)得的效率平均值。由于此充電器的標(biāo)稱負(fù)載額定值為350 mA，因此必須測(cè)量在以下電流下的效率：滿載350mA、75%負(fù)載262 mA、50%負(fù)載175 mA，以及25%負(fù)載88mA。