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開關(guān)電源功能測試之基本項目

日期:2024-12-22 16:50
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摘要:
一、輸出電壓調(diào)整:
當(dāng)制造開關(guān)電源時,**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,然後以數(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)直到電壓讀值位於要求之范圍內(nèi)。

二、電源調(diào)整率:
電源調(diào)整率的定義為電源供應(yīng)器於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*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*大)其電源電壓*低;又如冬天之晚上(因氣溫低,用電需求量*小)其電源電壓*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**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*低到*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**計量V A W PF。
·一個精密直流電壓表,具備至少高於待測物調(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載。

*測試步驟如下:於待測電源供應(yīng)器以正常輸入電壓及負載狀況下熱機穩(wěn)定後,分別於低輸入電壓(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載(NominalLoad)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:於輸入電壓變化下,其輸出電壓之偏差量須於規(guī)定之上下限范圍內(nèi),即輸出電壓之上下限**值以內(nèi)。
 
三、負載調(diào)整率:
負載調(diào)整率的定義為開關(guān)電源於輸出負載電流變化時,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*惡劣之負載環(huán)境下,如個人電腦內(nèi)裝置*少之外設(shè)卡且硬盤均不動作(因負載*少,用電需求量*小)其負載電流*低和個人電腦內(nèi)裝置*多之外設(shè)卡且硬盤在動作(因負載*多,用電需求量*大)其負載電流*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,**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)。示:

測試步驟如下:於待測電源供應(yīng)器以正常輸入電壓及負載狀況下熱機穩(wěn)定後,測量正常負載下之輸出電壓值,再分別於輕載(Min)、重載(Max)負載下,測量并記錄其輸出電壓值(分別為Vmax與Vmin),負載調(diào)整率通常以正常之固定輸入電壓下,由負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)
負載調(diào)整率亦可用下列方式表示:於輸出負載電流變化下,其輸出電壓之偏差量須於規(guī)定之上下限電壓范圍內(nèi),即輸出電壓之上下限**值以內(nèi)。
 
四、綜合調(diào)整率:
綜合調(diào)整率的定義為電源供應(yīng)器於輸入電壓與輸出負載電流變化時,提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。這是電源調(diào)整率與負載調(diào)整率的綜合,此項測試系為上述電源調(diào)整率與負載調(diào)整率的綜合,可提供對電源供應(yīng)器於改變輸入電壓與負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:於輸入電壓與輸出負載電流變化下,其輸出電壓之偏差量須於規(guī)定之上下限電壓范圍內(nèi)(即輸出電壓之上下限**值以內(nèi))或某一百分比界限內(nèi)。

五、輸出雜訊(PARD):
輸出雜訊(PARD)系指於輸入電壓與輸出負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)壓及濾波後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、高於20KHz之高頻切換信號及其諧波,再與其他之隨機性信號所組成)),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(或其他更高之頻寬如100MHz等)。開關(guān)電源實際工作時*惡劣的狀況(如輸出負載電流*大、輸入電源電壓*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後之輸出瞬時電壓,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於邏輯電路(如TTL電路)之承受電源電壓而誤動作,進一步造成死機現(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、負載調(diào)整率、動態(tài)負載等其他所有變動,其輸出瞬時電壓應(yīng)介於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於其端點上,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,日本計測KEISOKUGEIKEN的PARD 測試儀具備此種功能。
 
六、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 PowerFactor
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(PowerFactor),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,其功率因素通常大於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。

七、電源供應(yīng)器的效率之定義為:
ΣVoutxlout / 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。由於近年來對於環(huán)保及能源消耗愈來愈重視,如電腦能源之星「EnergyStar」對開關(guān)電源之要求:於交流輸入功率為30Wrms時,其效率需為60%以上(即此時直流輸出功率必須高於18W);又對於ATX架構(gòu)開關(guān)電源於直流失能(DCDisable)狀態(tài)其輸入功率應(yīng)不大於5W。因此交流功率測試儀表需要既**又范圍寬廣,才能合乎此項測試之需求。

八、動態(tài)負載或暫態(tài)負載
一個定電壓輸出的電源,於設(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。由於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)器對負載電流變化時的反應(yīng)。若控制回路輸入與輸出之相移於增益(UnityGain)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)負載測試對電源供應(yīng)器而言是極為重要的??删幊绦螂娮迂撦d可用來模擬電源供應(yīng)器實際工作時*惡劣的負載情況,如負載電流迅速上升、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載元件(如TTL電路其輸出瞬時電壓應(yīng)介於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,進一步造成死機現(xiàn)象。

九、電源良好/失效時間(PowerGood、PowerFail或Pok)
電源良好信號,簡稱PGS(Power GoodSignal或PokHigh),是電源送往電腦系統(tǒng)的信號,當(dāng)其輸出電壓穩(wěn)定後,通知電腦系統(tǒng),以便做開機程序之 C而電源失效信號(PowerFail或PokLow)是電源供應(yīng)器表示其輸出電壓尚未達到或下降超過於一正常工作之情況。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(PowerGood),而邏輯為「0或Low」時,表示為電源失效(PowerFail),電源的電源良好(PowerGood)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(PowerFail)時間為從PGS信號由由1變?yōu)?的時間起到其輸出電壓低於穩(wěn)壓范圍的時間,一般值為1ms以上。日本計測KEISOKUGEIKEN的電子負載可直接測量電源良好與電源失效時間,并可設(shè)定上下限,做為是否合格的判別。

 
十、啟動時間(Set-UpTime)與保持時間(Hold-UpTime)
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起到輸出電壓達到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)機起到輸出電壓低於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於少了半周或一周之狀況下而受影響。

十一、其他
·PowerUpdelay:+5/3.3V 的上升時間(由10%上升到90%電壓之時間)
·Remote ON/OFF Control:遙控「開」或「關(guān)」之控制
·Fan Speed Control/Monitor:散熱風(fēng)扇之轉(zhuǎn)速「控制」及「監(jiān)視」
 
十二、保護功能測試
過電壓保護(OVP)測試
當(dāng)電源供應(yīng)器的輸出電壓超過其*大的限定電壓時,會將其輸出關(guān)閉(Shutdown)以避免損壞負載之電路元件,稱為過電壓保護。過電壓保護測試系用來驗證電源供應(yīng)器當(dāng)出現(xiàn)上述異常狀況時(當(dāng)電源供應(yīng)器內(nèi)部之回授控制電路或零件損壞時,有可能產(chǎn)生異常之輸出高電壓),能否正確地反應(yīng)。過電壓保護功能對於一些對電壓敏感的負載特別重要,如CPU、記憶體、邏輯電路等,因為這些貴重元件若因工作電壓太高,超過其額定值時,會導(dǎo)致長久性的損壞,因而損失慘重。電源供應(yīng)器於過電壓情形發(fā)生時,其輸出電壓波形如圖7所示。
 
短路保護測試
當(dāng)電源供應(yīng)器的輸出短路時,則電源供應(yīng)器應(yīng)該限制其輸出電流或關(guān)閉其輸出,以避免損壞。短路保護測試是驗證當(dāng)輸出短路時(可能是配線連接錯誤,或使用電源之元件或零組件故障短路所致),電源供應(yīng)器能否正確地反應(yīng)。

過電流保護OCP測試
當(dāng)電源供應(yīng)器的輸出電流超過額定時,則電源供應(yīng)器應(yīng)該限制其輸出電流或關(guān)閉其輸出,以避免負載電流過大而損壞。又若電源供應(yīng)器之內(nèi)部零件損壞而造成較正常大的負載電流時,則電源供應(yīng)器也應(yīng)該關(guān)閉或限制其輸出,以避免損壞或發(fā)生危險。過電流保護測試是驗證當(dāng)上述任一種狀況發(fā)生時,電源供應(yīng)器能否正確地反應(yīng)。

 
過功率保護OPP測試
當(dāng)電源的輸出功率(可為單一輸出或多組輸出)超過額定時,則電源應(yīng)該限制其輸出功率或關(guān)閉其輸出,以避免負載功率過大而損壞或發(fā)生危險。又若電源內(nèi)部零件損壞而造成較正常大的負載功率時,則電源也應(yīng)該關(guān)閉或限制其輸出,以避免損壞。過功率保護測試是驗證當(dāng)上述任一種狀況發(fā)生時,電源能否正確地反應(yīng)。本項測試通常包含兩組或數(shù)組輸出功率之功率限制保護,因此較上述單一輸出之保護測試(OVP、OCP、Short等)稍具變化
 

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