PC電源技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

1、開(kāi)關(guān)電源的測(cè)試良好的開(kāi)關(guān)電源必須符合所有功能規(guī)格、保護(hù)特性、安全規(guī)范(如UL、CSA VDE DEMK0 SEMKO 長(zhǎng)城等等之耐壓、抗燃、漏電流、接地等安全規(guī)格)、電磁兼容能力(如FCG CE等之傳導(dǎo)與幅射干擾)、可靠性(如老化壽命測(cè)試)、及其他之特定需求等。開(kāi)關(guān)電源包括下列之型式：-AC-DC:如個(gè)人用、家用、辦公室用、工業(yè)用(電腦、周邊、傳真機(jī)、充電器 )-DC-DC-DC-AC:-AC-AC:如可攜帶式產(chǎn)品(移動(dòng)電話、筆計(jì)本電腦、攝影機(jī)，通信交換機(jī)二次電源如車(chē)用轉(zhuǎn)換器(12V115/230V)、通信交換機(jī)振鈴信號(hào)電源如交流電源變壓器、變頻器、UPS不間斷電源開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)、制造及品質(zhì)管

2、理等測(cè)試需要精密的電子儀器設(shè)備來(lái)模擬電源供應(yīng)器實(shí)際工作時(shí)之各項(xiàng)特性即為各項(xiàng)規(guī)格)，并驗(yàn)證能否通過(guò)。開(kāi)關(guān)電源有許多不同的組成結(jié)構(gòu)(單輸岀、多輸岀、及正負(fù)極性等壓、電流、功率之組合，因此需要具彈性多樣化的測(cè)試儀器才能符合眾多不同規(guī)格之需求。)和輸岀電電氣性能(Electrical Specifications)測(cè)試當(dāng)驗(yàn)證電源供應(yīng)器的品質(zhì)時(shí)，下列為一般的功能性測(cè)試項(xiàng)目，詳細(xì)說(shuō)明如下:、功能(Functions)測(cè)試:輸岀電壓調(diào)整(Hold-on Voltage Adjust)電源調(diào)整率(Line Regulation) 負(fù)載調(diào)整率(Load Regulation) 綜合調(diào)整率(Conmine Reg

3、ulation)輸岀漣波及雜訊 (Out put Ri pp le & Noise, RARD)輸入功率及效率(Input Power, Efficie ncy)動(dòng)態(tài)負(fù)載或暫態(tài)負(fù)載(Dyn amic or Tran sie nt Response)電源良好/失效(Power Good/Fail)時(shí)間起動(dòng)(Set-Up)及保持(Hold-Up)時(shí)間常規(guī)功能(Functions)測(cè)試A.輸岀電壓調(diào)整:當(dāng)制造開(kāi)關(guān)電源時(shí)，第一個(gè)測(cè)試步驟為將輸岀電壓調(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)整輸岀電壓時(shí)，將輸入交流電壓設(shè)定為正常值(115Vac或230Vac)，并且將輸岀電流設(shè)

4、定為正常值或滿載電流，然后以數(shù)字電壓表測(cè)量電源供應(yīng)器的輸岀電壓值并調(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(shí)提供其穩(wěn)定輸岀電壓的能力。 精品文檔此項(xiàng)測(cè)試系用來(lái)驗(yàn)4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(gè)極端下驗(yàn)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(cè)量電源調(diào)整率，需要下列之設(shè)備：KIKUSU能提供可變電壓能力的電源，至少能提供待測(cè)電源供應(yīng)器的最低到最高之輸入電壓范圍，DC 的

5、直流電源) 。V A W PF。5 位以上高精度數(shù)字表。I PCR 系列電源能提供 0-300V AC 5-1000Hz 的穩(wěn)定交流電源，0-400V一個(gè)均方根值交流電壓表來(lái)測(cè)量輸入電源電壓，眾多的數(shù)字功率計(jì)能精確計(jì)量一個(gè)精密直流電壓表，具備至少高于待測(cè)物調(diào)整率十倍以上，一般應(yīng)用 連接至待測(cè)物輸出的可變電子負(fù)載。(M(de* 測(cè)試步驟如下：于待測(cè)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in)，正常輸入電壓(Normal)，及高輸入電壓(Max)下測(cè)量并記錄其輸岀電壓值。電源調(diào)整率通常以一正常之固定負(fù)載(Nomi nal Load)下，由輸入電壓變化所造成其輸岀電壓偏差率

6、 viation) 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(duì)值以內(nèi)。C. 負(fù)載調(diào)整率：負(fù)載調(diào)整率的定義為開(kāi)關(guān)電源于輸岀負(fù)載電流變化時(shí)，提供其穩(wěn)定輸岀電壓的能力。此項(xiàng)測(cè)試系用來(lái)驗(yàn)證電源在最惡劣之負(fù)載環(huán)境下，如個(gè)人電腦內(nèi)裝置最少之外設(shè)卡且硬盤(pán)均不動(dòng)作(因負(fù)載最少，用電需求量最小 )其負(fù)載電流最低和個(gè)人電腦內(nèi)裝置最多之外設(shè)卡且硬盤(pán)在動(dòng)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(gè)極端下驗(yàn)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。

7、* 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(cè)電源供應(yīng)器的輸出串 聯(lián)。示： 測(cè)試步驟如下：于待測(cè)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(cè)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(cè)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(duì)值以內(nèi)。

8、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(shí)，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(xiàng)測(cè)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(duì)綜合調(diào)整率用下列方式表示： 于輸入電(即輸出電壓之上下限絕電源供應(yīng)器于改變輸入電壓與負(fù)載狀況下更正確的性能驗(yàn)證。壓與輸岀負(fù)載電流變化下， 其輸岀電壓之偏差量須于規(guī)定之上下限電壓范圍內(nèi) 對(duì)值以內(nèi) )或某一百分比界限內(nèi)。E. 輸出雜訊 (PARD) ：其平均直流輸出電壓上的周期性輸岀雜訊 (PARD) 系指于輸入電壓與輸岀負(fù)載電流均不變的情況下， 精品文檔與隨機(jī)性偏差量的電壓值。輸岀雜訊是表示在經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓及濾

9、波后的直流輸岀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(hào)、高于20 KHz之高頻切換信號(hào)及其諧波，再與其它之隨機(jī)性信號(hào)所組成）,通常以mVp-p峰對(duì)峰值電壓為單位來(lái)表示。一般的開(kāi)關(guān)電源的規(guī)格均以輸岀直流輸岀電壓的1%以內(nèi)為輸岀雜訊之規(guī)格，其頻寬為20Hz到20MHz（或其它更高之頻寬如 100MHz等）。開(kāi)關(guān)電源實(shí)際工作時(shí)最惡劣的狀況（如輸岀負(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，其輸岀直流電壓加上雜訊后之輸岀瞬時(shí)電壓，仍能夠維持穩(wěn)定的輸岀電壓不超過(guò)輸岀高低電壓界限情形，否則將可能會(huì)導(dǎo)致電源電壓超過(guò)或低于邏輯電路（如TTL電路）之承受電源電

10、壓而誤動(dòng)作，進(jìn)一步造成死機(jī)現(xiàn)象。 例如5V輸岀，其輸岀雜訊要求為50mV以內(nèi)（此時(shí)包含電源調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率、動(dòng)態(tài)負(fù)載等其它所有變動(dòng)，其輸岀瞬時(shí)電壓應(yīng)介于4.75V至5.25V之間，才不致引起輸岀雜訊時(shí)，電子負(fù)載的PARDTTL邏輯電路之誤動(dòng)作）。在測(cè)量必須比待測(cè)之電源供應(yīng)器的PARD值為低，才不會(huì)影響輸岀雜訊之測(cè)量。同時(shí)測(cè)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50Q于其端點(diǎn)上，并使用差動(dòng)式量測(cè)方法（可避免地回路之雜訊電流 ），來(lái)GEIKEN 的PARD測(cè)試儀具備此種功能。獲得正確的測(cè)量結(jié)果，日本計(jì)測(cè)KEISOKUF.輸入功率與

11、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 =即為對(duì)一周期內(nèi)其輸入電壓與電流乘積之積分值,Vrms x Arms x Power Factor需注意的是 Watt 工 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0.60.7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(shí)，功率因素為1,并依其不相同之程度，其功率因素為10之間。電源供應(yīng)器的效率之定義為:Z Vout x

12、lout / True Power （watts）即為輸岀直流功率之總和與輸入功率之比值。通常個(gè)人電腦用電源供應(yīng)器之效率為65%80%左右。效率提供對(duì)電源供應(yīng)器正確工作的驗(yàn)證，若效率超過(guò)規(guī)定范圍，即表示設(shè)計(jì)或零件材料上有問(wèn)題，效率太低時(shí)會(huì)導(dǎo)致散熱增加而影響其使用壽命。由于近年來(lái)對(duì)于環(huán)保及能源消耗愈來(lái)愈重視,如電腦能源之星Energy Star對(duì)開(kāi)關(guān)電源之要求：于交流輸入功率為30Wrms時(shí)，其效率需為 60%以上（即此時(shí)直流輸岀功率必須高于18W）;又對(duì)于ATX架構(gòu)開(kāi)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(cè)試儀表需要既精確又范圍寬廣，才能合乎此項(xiàng)測(cè)試

13、之需求。G.動(dòng)態(tài)負(fù)載或暫態(tài)負(fù)載一個(gè)定電壓輸岀的電源，于設(shè)計(jì)中具備反饋控制回路，能夠?qū)⑵漭攲珉妷哼B續(xù)不斷地維持穩(wěn)定的輸岀電壓。由于實(shí)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(duì)負(fù)載電流變化時(shí)的反應(yīng)。若控制回路輸入與輸岀之相移于增益（Unity Gain）為1時(shí)，超過(guò)180度，則電源供應(yīng)器之輸岀便會(huì)呈現(xiàn)不穩(wěn)定、失控或振蕩之現(xiàn)象。實(shí)際上，電源供應(yīng)器工作時(shí)的負(fù)載電流也是動(dòng)態(tài)變化的，而不是始終維持不變（例如硬盤(pán)、軟驅(qū)、 CPU或RAM動(dòng)作等），因此動(dòng)態(tài)負(fù)載測(cè)試對(duì)電源供應(yīng)器而言是極為重要的。(Oversh可編程序電子負(fù)載可用來(lái)模擬電源供應(yīng)器實(shí)際工作時(shí)最惡劣的負(fù)載情況，如負(fù)載電流迅速上升、下降之斜率

14、、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)定的輸岀電壓不產(chǎn)生過(guò)高激oot）或過(guò)低（Undershoot）情形，否則會(huì)導(dǎo)致電源之輸岀電壓超過(guò)負(fù)載組件（如TTL電路其輸岀瞬時(shí)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(dòng)作）之承受電源電壓而誤動(dòng)作，進(jìn)一步 精品文檔造成死機(jī)現(xiàn)象。H. 電源良好 /失效時(shí)間 (Power Good、 Power Fail 或 Pok)電源良好信號(hào)，簡(jiǎn)稱 PGS(Power Good Signal 或 Pok High) ，是電源送往電腦系統(tǒng)的信號(hào)，當(dāng)其輸 岀電壓穩(wěn)定后，通知電腦系統(tǒng)，以便做開(kāi)機(jī)程序之C而電源失效信號(hào)(Power Fai

15、l或Pok Low)是電源供應(yīng)器表示其輸岀電壓尚未達(dá)到或下降超過(guò)于一正常工作之情況。以上通常由一PGS或Pok信號(hào)之邏輯改變來(lái)表示，邏輯為1或High時(shí)，表示為電源良好 (Power Good)，而邏輯為0或Low時(shí)，表示為電源失效(Power Fail)，請(qǐng)叁考圖5之時(shí)序圖:電源的電源良好(Power Good)時(shí)間為從其輸岀電壓穩(wěn)定時(shí)起到PGS信號(hào)由0變?yōu)?的時(shí)間，一般值為 100ms到2 000ms之間。 電源的電源失效(Power Fail)時(shí)間為從PGS信號(hào)由由1變?yōu)?的時(shí)間起到其輸岀電壓低于穩(wěn)壓范圍 的時(shí)間，一般值為1ms以上。日本計(jì)測(cè) KEISOKU GEIKEN的電子負(fù)載可直接

16、測(cè)量電源良好與電源失效時(shí)間，并可設(shè)定上下限，做為是否合格的判別。以一輸出為 5V 的電源以一輸岀為 5V 的電源17ms 或 20ms 以上，以避免電力I. 啟動(dòng)時(shí)間 (Set-Up Time) 與保持時(shí)間 (Hold-Up Time)啟動(dòng)時(shí)間為電源供應(yīng)器從輸入接上電源起到其輸岀電壓上升到穩(wěn)壓范圍內(nèi)為止的時(shí)間，供應(yīng)器為例，啟動(dòng)時(shí)間為從電源開(kāi)機(jī)起到輸岀電壓達(dá)到4.75V 為止的時(shí)間。保持時(shí)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(shí)間，供應(yīng)器為例，保持時(shí)間為從關(guān)機(jī)起到輸出電壓低于 4.75V 為止的時(shí)間，一般值為公司供電中于少了半周或一周之狀況下而受影響。啟動(dòng)時(shí)間與保持時(shí)間

17、的時(shí)序如圖6 所示。精品文檔8I. 其它Power Up delay： +5/3.3V 的上升時(shí)間 (由 10%上升到 90%電壓之時(shí)間 )Remote ON/OFF Control ：遙控開(kāi)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、保護(hù)動(dòng)作 (Protections) 測(cè)試：過(guò)電壓保護(hù) (OVP, Over Voltage Protection)短路保護(hù) (Short)過(guò)電流保護(hù) (OCP, Over Current Protection)過(guò)功率保護(hù) (OPP, Over Power Protection)保護(hù)功能測(cè)試A. 過(guò)電壓保護(hù) (OVP

18、) 測(cè)試當(dāng)電源供應(yīng)器的輸岀電壓超過(guò)其最大的限定電壓時(shí)，會(huì)將其輸岀關(guān)閉(Shutdown)以避免損壞負(fù)載之電路組件， 稱為過(guò)電壓保護(hù)。過(guò)電壓保護(hù)測(cè)試系用來(lái)驗(yàn)證電源供應(yīng)器當(dāng)岀現(xiàn)上述異常狀況時(shí)(當(dāng)電源供應(yīng)器內(nèi)部之回授控制電路或零件損壞時(shí)，有可能產(chǎn)生異常之輸出高電壓)，能否正確地反應(yīng)。 過(guò)電壓保護(hù)功能對(duì)于一些對(duì)電壓敏感的負(fù)載特別重要，如CPU、記憶體、邏輯電路等，因?yàn)檫@些貴重組件若因工作電壓太高，超過(guò)其額定值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致永久性的損壞，因而損失慘重。電源供應(yīng)器于過(guò)電壓情形發(fā)生時(shí)，其輸岀電壓波形如圖7所示。當(dāng)電源供應(yīng)器的輸岀短路時(shí), 路保護(hù)測(cè)試是驗(yàn)證當(dāng)輸岀短路時(shí)B.短路保護(hù)測(cè)試則電源供應(yīng)器應(yīng)該限制其輸岀電流

19、或關(guān)閉其輸岀，以避免損壞。短（可能是配線連接錯(cuò)誤，或使用電源之組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)。C.過(guò)電流保護(hù)OCP測(cè)試當(dāng)電源供應(yīng)器的輸岀電流超過(guò)額定時(shí)，則電源供應(yīng)器應(yīng)該限制其輸岀電流或關(guān)閉其輸岀，以避免 負(fù)載電流過(guò)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(fù)載電流時(shí)，則電源供應(yīng)器也應(yīng)該關(guān)閉或限制其輸岀，以避免損壞或發(fā)生危險(xiǎn)。過(guò)電流保護(hù)測(cè)試是驗(yàn)證當(dāng)上述任一種狀況發(fā)生時(shí), 電源供應(yīng)器能否正確地反應(yīng)。D.過(guò)功保護(hù)測(cè)試當(dāng)電源的輸岀功率可為單一輸岀或多組輸岀超過(guò)額定時(shí)，則電源應(yīng)該限制其輸岀功率或關(guān)閉其輸岀，又若電源內(nèi)部零件損壞而造成較正常大的負(fù)載功率時(shí)，則電源也應(yīng)該以避免負(fù)

20、載功率過(guò)大而損壞或發(fā)生危險(xiǎn)。關(guān)閉或限制其輸岀，以避免損壞。過(guò)功率保護(hù)測(cè)試是驗(yàn)證當(dāng)上述任一種狀況發(fā)生時(shí)，電源能否正確地反應(yīng)。本項(xiàng)測(cè)試通常包含兩組或數(shù)組輸岀功率之功率限制保護(hù)，因此較上述單一輸岀之保護(hù)測(cè)試等稍具變化。安全（Safety）規(guī)格測(cè)試:輸入電流、漏電電流等耐壓絕緣：電源輸入對(duì)地，電源輸岀對(duì)地；電路板線路須有安全間距。溫度抗燃：零組件需具備抗燃之安全規(guī)格，工作溫度須于安全規(guī)格內(nèi)。機(jī)殼接地：需于 0.1歐姆以下，以避免漏電觸電之危險(xiǎn)。變壓輸岀特性：開(kāi)路、短路及最大伏安（VA）輸岀四、異常測(cè)試：散熱風(fēng)扇停轉(zhuǎn)、電壓選擇開(kāi)關(guān)設(shè)定錯(cuò)誤五、電磁兼容(Electromagnetic Complianee)測(cè)試:電源供應(yīng)器需符合 CIS PR 2