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电源效率的定义和测试
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: T: x1 s* ]/ {! O7 \电源效率的定义: : W, Z% t$ t) s3 B( G
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Pout是输出功率: Pout = Vo X Io / l; q6 D0 W. s7 q0 y2 ?/ F
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!
5 a+ q: x1 d$ X3 Y* {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。 / j7 O- `3 f f* a9 Q- Y2 [& u
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。 $ s0 d1 U% o$ i! [
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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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。
' V/ U0 [$ d# N6 A" U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。
9 |6 s: n- J1 ?2 K6 ?3 [$ T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) & c- q, A/ u5 x; a! Q
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。 $ s. w- I+ g5 n5 V- j1 A
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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。 ! |4 s+ c2 T' e1 U9 ~* K
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。 - ^+ C* T' }9 h; [# }( Y& V+ I
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。 - P( E8 w$ P; B7 i5 T- y
使用瓦特表的测量方法
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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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