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电源效率的定义和测试

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发表于 2018-12-26 01:00 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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电源效率的定义和测试

8 A8 ^! c  Z; S/ m+ J3 z; j8 y
: T: x1 s* ]/ {! O7 \
电源效率的定义:
: W, Z% t$ t) s3 B( G
5 `7 u7 Y2 b3 O
Pout是输出功率:
Pout = Vo X Io
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Pin是输入功率:
Pin = Vin X Iin
这里Iin是电源的平均输入电流或者直流电流。
0 V; r( q; W6 V; o! ?0 Z
理想状态下:η=1,即完美的,转换效率是100%,但是现实往往距离理想很远。

: G* I: U# S) ]% B* w8 f' Y$ ]
损耗的能量,都去哪里了?——热!

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我们会越来越关注电源的效率:
$ {0 a" X0 @+ Z  X3 O% F
1、很多设备,都是电池供电,提高效率有效提升待机时间:手机、对讲机、特斯拉汽车。
. V) M, Z) a- P. C0 w" o" Z
2、大功率设备,例如:服务器、显卡,有效节能会给运营者带来极大的成本优化。
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3、效率低下的电源,带来很高的温升。在高温的环境下,会影响整个系统的可靠性。按照一般经验10℃的温升,会增加失效率加倍。
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对于电源工程师来说:提高电源效率,降低电源温升,是重要工作之一。所以我们要准确测试我们设计的电源的效率,来评估我们的电源设计的水平。
0 ^( O# L. s' w7 ?" T
由于二次电源相对一次电源比较简单,所以我们这里描述一次电源的测量方法。二次电源参考一次电源,或者选择四个万用表的方法,都可以进行测量。
) z, U  D2 v% X/ J
一次电源的测试方法:
直流输出功率仅等于电压与电流的乘积,只需两个万用表即可测量出大小。我们将用一个高精度 万用表来测量输出到负载的电流,用一个标准万用表来测量电源的输出电压。 由于交流系统中电压与电流之间存在相位角,因此不能简单地将 RMS 输入电压与 RMS 输入电流 相乘来计算输入功率。只有电源消耗的有功功率(P)才是必须考虑的。而返回到电源的无功功率 Q 则不应考虑进来。

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: @2 z$ U# K- ~. a8 d( W  q; D3 U# V
瓦特表的优点是可以准确测量输入功率,原因在于它能自动校正功率因数。如果没有瓦特表,则 可使用两个万用表来测量输入电压和电流。但这种替代性方法与使用瓦特表相比,测量结果的准确性不高。

( I- r+ n9 E' j' O
关于瓦特表(功率表)
功率表,英文名称为wattmeter,也被称为瓦特表,它是一种用来测量有功功率值的仪表,电功率包括有功功率、无功功率和视在功率。主要应用与电力、电测与计量等领域。若按功率计在测试系统中的连接方式进行分类的话,有终端式和通过式两种。
- y$ j, }0 O$ p8 G6 T# G

4 r1 [) e4 d+ h8 i
功率表原理及构成
功率表主要由功率传感器和功率指示器两部分组成。功率传感器也称功率计探头,它把高频电信号通过能量转换为可以直接检测的电信号。功率指示器包括信号放大、变换和显示器。显示器直接显示功率值。功率传感器和功率指示器之间用电缆连接。为了适应不同频率、不同功率电平和不同传输线结构的需要,一台功率计要配若干个不同功能的功率表探头。

2 [, u& s& W! D8 ^% z0 R0 z
功率表原理
通过式功率表:它是利用某种耦合装置,如定向耦合器、耦合环、探针等从传输的功率中按一定的比例耦合出一部分功率,送入功率计度量,传输的总功率等于功率表指示值乘以比例系数。

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测热电阻型功率表:它主要是使用热变电阻做功率传感元件,热变电阻值的温度系数较大。被测信号的功率被热变电阻吸收后产生热量,使其自身温度升高,电阻值发生显著变化,利用电阻电桥测量电阻值的变化,显示功率值。

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量热式功率计典型的热效应功率表:这类功率表主要是利用隔热负载吸收高频信号功率,使负载的温度升高,再利用热电偶元件测量负载的温度变化量,根据产生的热量计算高频功率值。
- u$ r" c' L8 _$ y/ B$ Z
功率测试需要设备:
1.  一个可程控交流电源供应器或一个自耦变压器
2.  一个电子负载
3.  一个瓦特表和两个数字万用表(其中最好有一个高精度数字万用表,用来测量电流)或者四个数字万用表(其中,一个为真有效值、高精度万用表,用来测量输入电流;一个为高精度万用表,用来测量输出电流)
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注释:在使用万用表时,您需要根据要测量的电压和电流值将万用表设置在合适的量程内,这一点非常重要。
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% P7 ?/ X3 V! B+ U/ `4 V% r
连接输出万用表
直接将电压表跨接到电路板输出端,并与电子负载连接。测量输出端电压时,会不计与负载相连的电缆上的压降。在有些应用中,比如手机充电器或笔记本电脑适配器中,必须计算电缆中的损耗,此时需要从负载测量输出电压。然后将高精度电流表与负载串联,测量输出电流。
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交流接通注意事项
如果使用的器件采用开/关控制方案,在检测输入电压下快速装上电源,使输出达到满载,这时就可以测量出最差情况下的效率。不过,在大容量电容充电时,装上电源会产生非常大的浪涌电流。如果输入电流表设置为低量程,这会导致其中的保险丝熔断。
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如果采用四个万用表的方法,在低输入电压和最高负载下快速装上电源后,首先应测量电源的浪涌电流。然后查阅万用表的数据手册,确认它是否能够在高输入电压下承载如此高的峰值电流。
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使用瓦特表的测量方法

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( j2 f! f  n% a4 \5 b& ~9 a
1)调节输入电压为额定电压,输出负载为半载和满载,记录功率计显示的输入功率Pi;
2)记录电压表示数UO和电流表示数IO;
3)在输入端用万用表交流电压档测得输入电压Vi ,用交流电流档测得输入电流ii;
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发表于 2018-12-26 11:25 | 只看该作者
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