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開關(guān)電源各種測試
2012-07-31
常規(guī)功能測試
A. 輸出電壓調(diào)整：
當(dāng)制造開關(guān)電源時，第一個測試步驟為將輸出電壓調(diào)整至規(guī)格范圍內(nèi)。此步驟完成后才能確保后續(xù)的規(guī)格能夠符合。通常，當(dāng)調(diào)整輸出電壓時，將輸入交流電壓設(shè)定為正常值(115Vac或230Vac)，并且將輸出電流設(shè)定為正常值或滿載電流，然后以數(shù)字電壓表測量電源供應(yīng)器的輸出電壓值并調(diào)整其電位器(VR)直到電壓讀值位于要求之范圍內(nèi)。
B. 電源調(diào)整率：
電源調(diào)整率的定義為電源供應(yīng)器于輸入電壓變化時提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。此項測試系用來驗證電源供應(yīng)器在最惡劣之電源電壓環(huán)境下，如夏天之中午(因氣溫高，用電需求量最大)其電源電壓最低；又如冬天之晚上(因氣溫低，用電需求量最小)其電源電壓最高。在前述之兩個極端下驗證電源供應(yīng)器之輸出電源之穩(wěn)定度是否合乎需求之規(guī)格。 為精確測量電源調(diào)整率，需要下列之設(shè)備：能提供可變電壓能力的電源，至少能提供待測電源供應(yīng)器的最低到最高之輸入電壓范圍。
一個均方根值交流電壓表來測量輸入電源電壓，眾多的數(shù)字功率計能精確計量V A W PF。 一個精密直流電壓表，具備至少高于待測物調(diào)整率十倍以上，一般應(yīng)用5位以上高精度數(shù)字表。連接至待測物輸出的可變電子負(fù)載。
測試步驟如下：于待測電源供應(yīng)器以正常輸入電壓及負(fù)載狀況下熱機(jī)穩(wěn)定后，分別于低輸入電壓(Min)，正常輸入電壓(Normal)，及高輸入電壓(Max)下測量并記錄其輸出電壓值。 電源調(diào)整率通常以一正常之固定負(fù)載(Nominal Load)下，由輸入電壓變化所造成其輸出電壓偏差率(deviation)的百分比，如下列公式所示V0(max)-V0(min) / V0(normal) 電源調(diào)整率亦可用下列方式表示之：于輸入電壓變化下，其輸出電壓之偏差量須于規(guī)定之上下限范圍內(nèi)，即輸出電壓之上下限絕對值以內(nèi)。
C. 負(fù)載調(diào)整率：
負(fù)載調(diào)整率的定義為開關(guān)電源于輸出負(fù)載電流變化時，提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。此項測試系用來驗證電源在最惡劣之負(fù)載環(huán)境下，如個人電腦內(nèi)裝置最少之外設(shè)卡且硬盤均不動作(因負(fù)載最少，用電需求量最小)其負(fù)載電流最低和個人電腦內(nèi)裝置最多之外設(shè)卡且硬盤在動作(因負(fù)載最多，用電需求量最大)其負(fù)載電流最高的兩個極端下驗證電源供應(yīng)器之輸出電源之穩(wěn)定度是否合乎需求之規(guī)格。所需的設(shè)備和連接與電源調(diào)整率相似，唯一不同的是需要精密的電流表與待測電源供應(yīng)器的輸出串聯(lián)。測試步驟如下：于待測電源供應(yīng)器以正常輸入電壓及負(fù)載狀況下熱機(jī)穩(wěn)定后，測量正常負(fù)載下之輸出電壓值，再分別于輕載(Min)、重載(Max)負(fù)載下，測量并記錄其輸出電壓值(分別為Vmax與Vmin)，負(fù)載調(diào)整率通常以正常之固定輸入電壓下，由負(fù)載電流變化所造成其輸出電壓偏差率的百分比，如下列公式所示：V0(max)-V0(min)/ V0(normal) 負(fù)載調(diào)整率亦可用下列方式表示：于輸出負(fù)載電流變化下，其輸出電壓之偏差量須于規(guī)定之上下限電壓范圍內(nèi)，即輸出電壓之上下限絕對值以內(nèi)。
D. 綜合調(diào)整率：
綜合調(diào)整率的定義為電源供應(yīng)器于輸入電壓與輸出負(fù)載電流變化時，提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。這是電源調(diào)整率與負(fù)載調(diào)整率的綜合，此項測試系為上述電源調(diào)整率與負(fù)載調(diào)整率的綜合，可提供對電源供應(yīng)器于改變輸入電壓與負(fù)載狀況下更正確的性能驗證。綜合調(diào)整率用下列方式表示：于輸入電壓與輸出負(fù)載電流變化下，其輸出電壓之偏差量須于規(guī)定之上下限電壓范圍內(nèi)(即輸出電壓之上下限絕對值以內(nèi))或某一百分比界限內(nèi)。
E. 輸出雜訊：
輸出雜訊系指于輸入電壓與輸出負(fù)載電流均不變的情況下，其平均直流輸出電壓上的周期性與隨機(jī)性偏差量的電壓值。輸出雜訊是表示在經(jīng)過穩(wěn)壓及濾波后的直流輸出電壓上所有不需要的交流和噪聲部份(包含低頻之50/60Hz電源倍頻信號、高于20 KHz之高頻切換信號及其諧波，再與其它之隨機(jī)性信號所組成))，通常以mVp-p峰對峰值電壓為單位來表示。
一般的開關(guān)電源的規(guī)格均以輸出直流輸出電壓的1%以內(nèi)為輸出雜訊之規(guī)格，其頻寬為20Hz到20MHz(或其它更高之頻寬如100MHz等)。 開關(guān)電源實際工作時最惡劣的狀況(如輸出負(fù)載電流最大、輸入電源電壓最低等)，若電源供應(yīng)器在惡劣環(huán)境狀況下，其輸出直流電壓加上雜訊后之輸出瞬時電壓，仍能夠維持穩(wěn)定的輸出電壓不超過輸出高低電壓界限情形，否則將可能會導(dǎo)致電源電壓超過或低于邏輯電路(如TTL電路)之承受電源電壓而誤動作，進(jìn)一步造成死機(jī)現(xiàn)象。 例如5V輸出，其輸出雜訊要求為50mV以內(nèi)(此時包含電源調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率、動態(tài)負(fù)載等其它所有變動，其輸出瞬時電壓應(yīng)介于4.75V至5.25V之間，才不致引起TTL邏輯電路之誤動作)。在測量輸出雜訊時，電子負(fù)載的PARD必須比待測之電源供應(yīng)器的PARD值為低，才不會影響輸出雜訊之測量。
同時測量電路必須有良好的隔離處理及阻抗匹配，為避免導(dǎo)線上產(chǎn)生不必要的干擾、振鈴和駐波，一般都采用雙同軸電纜并以50Ω于其端點上，并使用差動式量測方法(可避免地回路之雜訊電流)，來獲得正確的測量結(jié)果。
F. 輸入功率與效率：
電源供應(yīng)器的輸入功率之定義為以下之公式：True Power = Pav(watt) = V1 Ai dt = Vrms x Arms x Power Factor 即為對一周期內(nèi)其輸入電壓與電流乘積之積分值，需注意的是Watt≠VrmsArms而是Watt=VrmsArmsxP.F.，其中P.F.為功率因素(Power Factor)，通常電源供應(yīng)器的功率因素在0.6～0.7左右，而大功率之電源供應(yīng)器具備功率因素校正器者，其功率因素通常大于0.95，當(dāng)輸入電流波形與電壓波形完全相同時，功率因素為1，并依其不相同之程度，其功率因素為1～0之間。
電源供應(yīng)器的效率之定義為：ΣVout x lout / True Power (watts) 即為輸出直流功率之總和與輸入功率之比值。通常個人電腦用電源供應(yīng)器之效率為65%～80%左右。效率提供對電源供應(yīng)器正確工作的驗證，若效率超過規(guī)定范圍，即表示設(shè)計或零件材料上有問題，效率太低時會導(dǎo)致散熱增加而影響其使用壽命。由于近年來對于環(huán)保及能源消耗愈來愈重視，如電腦能源之星「Energy Star」對開關(guān)電源之要求：于交流輸入功率為30Wrms時，其效率需為60%以上(即此時直流輸出功率必須高于18W)；又對于ATX架構(gòu)開關(guān)電源于直流失能(DC Disable)狀態(tài)其輸入功率應(yīng)不大于5W。因此交流功率測試儀表需要既精確又范圍寬廣，才能合乎此項測試之需求。
G. 動態(tài)負(fù)載或暫態(tài)負(fù)載
一個定電壓輸出的電源，于設(shè)計中具備反饋控制回路，能夠?qū)⑵漭敵鲭妷哼B續(xù)不斷地維持穩(wěn)定的輸出電壓。由于實際上反饋控制回路有一定的頻寬，因此限制了電源供應(yīng)器對負(fù)載電流變化時的反應(yīng)。若控制回路輸入與輸出之相移于增益(Unity Gain)為1時，超過180度，則電源供應(yīng)器之輸出便會呈現(xiàn)不穩(wěn)定、失控或振蕩之現(xiàn)象。實際上，電源供應(yīng)器工作時的負(fù)載電流也是動態(tài)變化的，而不是始終維持不變(例如硬盤、軟驅(qū)、CPU或RAM動作等)，因此動態(tài)負(fù)載測試對電源供應(yīng)器而言是極為重要的。可編程序電子負(fù)載可用來模擬電源供應(yīng)器實際工作時最惡劣的負(fù)載情況，如負(fù)載電流迅速上升、下降之斜率、周期等，若電源供應(yīng)器在惡劣負(fù)載狀況下，仍能夠維持穩(wěn)定的輸出電壓不產(chǎn)生過高激(Overshoot)或過低(Undershoot)情形，否則會導(dǎo)致電源之輸出電壓超過負(fù)載組件(如TTL電路其輸出瞬時電壓應(yīng)介于4.75V至5.25V之間，才不致引起TTL邏輯電路之誤動作)之承受電源電壓而誤動作，進(jìn)一步造成死機(jī)現(xiàn)象。
H. 電源良好/失效時間
電源良好信號，簡稱PGS，是電源送往電腦系統(tǒng)的信號，當(dāng)其輸出電壓穩(wěn)定后，通知電腦系統(tǒng)，以便做開機(jī)程序之 C 而電源失效信號(Power Fail或Pok Low)是電源供應(yīng)器表示其輸出電壓尚未達(dá)到或下降超過于一正常工作之情況。 以上通常由一「PGS」或「Pok」信號之邏輯改變來表示，邏輯為「1或High」時，表示為電源良好(Power Good)，而邏輯為「0或Low」時，表示為電源失效(Power Fail)，電源的電源良好(Power Good)時間為從其輸出電壓穩(wěn)定時起到PGS信號由0變?yōu)?的時間，一般值為100ms到2000ms之間。 電源的電源失效(Power Fail)時間為從PGS信號由由1變?yōu)?的時間起到其輸出電壓低于穩(wěn)壓范圍的時間，一般值為1ms以上。
I. 啟動時間與保持時間
啟動時間為電源供應(yīng)器從輸入接上電源起到其輸出電壓上升到穩(wěn)壓范圍內(nèi)為止的時間，以一輸出為5V的電源供應(yīng)器為例，啟動時間為從電源開機(jī)起到輸出電壓達(dá)到4.75V為止的時間。
保持時間為電源供應(yīng)器從輸入切斷電源起到其輸出電壓下降到穩(wěn)壓范圍外為止的時間，以一輸出為5V的電源供應(yīng)器為例，保持時間為從關(guān)機(jī)起到輸出電壓低于4.75V為止的時間，一般值為17ms或20ms以上，以避免電力公司供電中于少了半周或一周之狀況下而受影響。
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