电源效率的定义和测试

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电源效率的定义和测试

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电源效率的定义：

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Pout是输出功率：

Pout = Vo X Io

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。

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。

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损耗的能量，都去哪里了？——热！

我们会越来越关注电源的效率：

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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。

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。

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。

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。

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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。

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。

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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。

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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。

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。

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）

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。

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。

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。

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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