正激式開關(guān)電源學(xué)習(xí)測試綜述

1、開關(guān)電源測試綜述文章或出處中國電子技術(shù)信息網(wǎng)：開關(guān)電源測試綜述開關(guān)電源的測試綜述常規(guī)功能和保護(hù)特性測試安全(Safety)規(guī)格測試電磁兼容(Electromagnetic Compliance)測試可靠性(Reliability)測試其他測試開關(guān)電源的測試：良好的開關(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、DEMKO、SEMKO，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 FCC、CE 等之傳導(dǎo)與幅射干擾）、可靠性（如老化測試）、及其他之特定需求等。開關(guān)電源包括下列之型式：AC-DC：如個人用、家用、DC-DC：如可攜帶式產(chǎn)品(移動用、工業(yè)用(

2、電腦、周邊、傳真機(jī)、充電器)、筆計本電腦、攝影機(jī)，通信交換機(jī)二次電源)DC-AC：如車用轉(zhuǎn)換器(12V115/230V) 、通信交換機(jī)AC-AC：如交流電源變壓器、變頻器、UPS 不間斷電源信號電源開關(guān)電源的設(shè)計、制造及品質(zhì)管理等測試需要精密的電子儀器設(shè)備來模擬電源供應(yīng)器實際工作時之各項特性(亦即為各項規(guī)格)，并驗證能否通過。開關(guān)電源有許多不同的組成結(jié)構(gòu)(單輸出、多輸出、及正負(fù)極性等)和輸出電壓、電流、功率之組合，因此需要具彈性多樣化的測試儀器才能符合眾多不同規(guī)格之需求。電氣性能(Electrical Specifications)測試當(dāng)驗證電源供應(yīng)器的品質(zhì)時，下列為一般的功能性測試項目，詳細(xì)

3、說明如下：*功能(Functions)測試：輸出電壓調(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 Regulation)輸出漣波及雜訊(Output Ripple & Noise, RARD)輸入功率及效率(Inputer, Efficiency)動態(tài)負(fù)載或暫態(tài)負(fù)載(Dynamic or Transient Response)電源良好/失效(er Good/Fail)時間起動(Set-Up)及保持(Hold-Up)時間*保護(hù)動作(Protections)測試：過電壓保護(hù)(O

4、VP, Over Voltage Protection)短路保護(hù)(Short)過電流保護(hù)(OCP, Over Current Protection)過功率保護(hù)(OPP, Ovowrotection)*安全(Safety)規(guī)格測試：輸入電流、漏電電流等耐壓絕緣: 電源輸入對地，電源輸出對地；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，工作溫度須於安全規(guī)格內(nèi)。機(jī)殼接地：需於 0.1 歐姆以下，以避免漏電觸電之變壓輸出特性：開路、短路及最大伏安(VA)輸出異常測試：散熱風(fēng)扇停轉(zhuǎn)、電壓選擇開關(guān)設(shè)定錯誤。*電磁兼容(Electromagnetic Compliance)測試：電源供應(yīng)器

5、需符合CISPR 22、CLASS B 之傳導(dǎo)與幅射的 4dB 馀，電源供應(yīng)器需在以下三種負(fù)載狀況下測試：每個輸出為空載、每個輸出為 50%負(fù)載、每個輸出為 100%負(fù)載。傳導(dǎo)干擾/免疫：經(jīng)由電源線之傳導(dǎo)性干擾/免疫幅射干擾/免疫：經(jīng)由磁場之幅射性干擾/免疫*可靠性(Reliability)測試：老化測試：高溫(約 50-60 度)及長時間(約 8-24 小時)滿載測試。*其他測試：ESD：Electros ic Discharge 靜電放電(人或物體經(jīng)由直接接觸或間隔放電引起)在 2-15KV 之ESD 脈波下， 待測物之每個表面區(qū)域應(yīng)執(zhí)行連續(xù) 20 次的靜電放電測試，電源供應(yīng)器之輸出需繼續(xù)

6、工作而不會產(chǎn)生突波(Glitch)或中斷( errupt)，直接ESD 接觸時不應(yīng)造成過激(Overshoot)或欠激(Undershoot)之超過穩(wěn)壓范圍的狀況、及過電壓保護(hù)(OVP)、過電流保護(hù)(OCP)等。另外，於ESD 放電電壓在高達(dá) 25KV 下，應(yīng)不致造成元件故障(Failure)。EFT：Electrical Fast Transient or burst 一串切換雜訊經(jīng)由電源線或I/O 線路之傳導(dǎo)性干擾(由供電或建筑物內(nèi)引起)。Surge：經(jīng)由電源線之高能量暫態(tài)雜訊干擾(電燈之閃動引起)。VD/I：Dips and動所引起)errupts 電源電壓下降或中斷(電力分配系統(tǒng)之故障

7、或所引起，例如供電過載或空氣開關(guān)跳Inrush: 開機(jī)輸入沖擊電流，開關(guān)電源對供電系統(tǒng)的影響。常規(guī)功能(Functions)測試輸出電壓調(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)。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)器在最惡劣之電源電壓環(huán)境下，

8、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。格。述之兩個下驗證電源供應(yīng)器之輸出電源之穩(wěn)定度是否合乎需求之規(guī)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，（KIKUSUI PCR 系列電源能提供 0-300VAC 5-1000Hz 的穩(wěn)定交流電源，0-400V DC 的直流電源）。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。一個均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

9、輸出的可變電子負(fù)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(fù)載狀況下熱機(jī)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：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絕對值以內(nèi)。負(fù)載調(diào)整率：負(fù)載調(diào)整率的定義為開關(guān)電源於輸出負(fù)載電流變化時，提供其穩(wěn)定輸出電壓的能

10、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。下驗證*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)。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(fù)載狀況下熱機(jī)穩(wěn)定後，測量正常負(fù)載下之輸出電壓值，再分別於輕載(Min)、重載(Max)負(fù)載下，測量并其輸出電壓值(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

11、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：於輸出負(fù)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絕對值以內(nèi)。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(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)器於改變輸入電壓與負(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：於輸入電壓與輸出負(fù)載電流變化下，其輸出電壓之偏差量須於規(guī)定之上下限電壓范圍內(nèi)(即輸

12、出電壓之上下限絕對值以內(nèi))或某一百分比界限內(nèi)。輸出雜訊(PARD)：輸出雜訊(PARD)系指於輸入電壓與輸出負(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 20 KHz 之高頻切換信號及其諧波，再與其他之隨機(jī)性信號所組成)，通常以 mVp-p峰對峰值電壓為來表示。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)電源實際工作時最惡劣的狀況(如輸

13、出負(fù)載電流最大、輸入電源電壓最 )，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(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)載等其他所有變動，其輸出瞬時電壓於 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(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處理及

14、阻抗匹配，為避免導(dǎo)線上產(chǎn)生不必要的干擾、和駐波，一般都采同軸電纜并以 50於其端點上，并計測KEISOKU GEIKEN 的PARD 測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)果試儀具備此種功能。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：Trueer = Pav(watt) = V1 Ai dt = Vrms x Arms xer 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 WattVrmsArms 而是 Watt=VrmsArmsxP.F.，其中 P.F.為功率(er Factor)，通常電源供應(yīng)器的功率在 0.60.7 左右，而

15、大功率之電源供應(yīng)器具備功率校正器者，其功率通常大於 0.95，當(dāng)輸入電流波形與電壓波形完全相同時，功率為 1，并依其不相同之程度，其功率為 10 之間。電源供應(yīng)器的效率之定義為：Vout x lout / Trueer (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。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Energy Star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

16、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(DC Disable)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精確又范圍寬廣，才能合乎此項測試之需求。動態(tài)負(fù)載或暫態(tài)負(fù)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(fù)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(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

17、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)載元件(如 TTL 電路其輸出瞬時電壓 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(jìn)一步造成死機(jī)現(xiàn)象。電源良好/失效時間(er Good、er Fail 或Pok)電源良好信號，簡稱 PGS(er G

18、ood Signal 或Pok High)，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(jī)程序之 C 而電源失效信號(er 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(er Good)，而邏輯為0 或Low時，表示為電源失效(er Fail)，請叁考圖 5 之時序圖：電源的電源良好(er Good)時間為從其輸出電壓穩(wěn)定時起到 PGS 信號由 0 變?yōu)?1 的時間，一般值為 100ms 到2000ms 之間。 電源的電源失效(的時間

19、，一般值為 1ms 以上。er Fail)時間為從 PGS 信號由由 1 變?yōu)?0 的時間起到其輸出電壓低於穩(wěn)壓范圍計測 KEISOKU GEIKEN 的電子負(fù)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。啟動時間(Set-Up Time)與保持時間(Hold-Up Time)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。啟動時間與保持時間的時序如圖 6 所示。其他er Up delay：+5/3.3V 的上升時間(由 10%上升到 90%電壓之時間)Remote ON/OFF Control：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)視保護(hù)功能測試過電壓保護(hù)(OVP)測試當(dāng)電源供應(yīng)器的輸出電壓超過其最大的限定電壓時，會將其輸出關(guān)閉(Shutdown)以避免損壞負(fù)