安全是第一生产力 开关电源测试怎么做

开关电源操控着开关管注册和关断的时刻比率,在电源规划傍边是至关重要的一环。想要完结一个完好的开关电源规划,只是做好规划是不行的,对开关电源的制品进行全方位的安全测验才是完结规划的终究一步。规划合理的开关电源有必要满意十分多的安全测验,包括功用标准、维护特性、安全标准(如UL、CSA、VDE、DEMKO、SEMKO,长城等等之耐压、抗燃、漏电流、接地等安全标准)、电磁兼容才干(如FCC、CE等之传导与幅射搅扰)、可靠性(如老化寿数测验)、及其他之特定需要等。

咱们常见的开关电源首要包括如下几个类型:

•AC-DC:如自己用、家用、单位用、工业用(电脑、周边、传真机、充电器)

•DC-DC:如可携带式商品(移动电话、笔计本电脑、摄影机,通讯交换机二次电源)

•DC-AC:如车用转换器(12V~115/230V) 、通讯交换机振铃信号电源

•AC-AC:如沟通电源变压器、变频器、UPS不间断电源

开关电源的全部测验需要各种高精度的电子仪器来模仿各种电路的实践作业情况和特性,这样才干对开关电源的制作质量和规划做出确保。开关电源有许多不一样的构成构造(单输出、多输出、及正负极性等)和输出电压、电流、功率之组合,因而需要具弹性多元化的测验仪器才干契合很多不一样标准之需要。

电气功用(Electrical Specifications)测验

当验证电源供应器的质量时,下列为一般的功用性测验项目,具体说明如下:

一、功用(Functions)测验:

•输出电压调整(Hold-on Voltage Adjust)

•电源调整率(Line Regulation)

•负载调整率(Load Regulation)

•归纳调整率(Conmine Regulation)

•输出涟波及杂讯(Output Ripple & Noise, RARD)

•输入功率及功率(Input Power, Efficiency)

•动态负载或暂态负载(Dynamic or Transient Response)

•电源杰出/失效(Power Good/Fail)时刻

•起动(Set-Up)及坚持(Hold-Up)时刻

惯例功用(Functions)测验

A. 输出电压调整:

当制作开关电源时,第一个测验过程为将输出电压调整至标准规模内。此过程完结后才干确保后续的标准可以契合。 一般,当调整输出电压时,将输入沟通电压设定为正常值(115Vac或230Vac),而且将输出电流设定为正常值或满载电流,然后以数字电压表丈量电源供应器的输出电压值并调整其电位器(VR)直到电压读值坐落需要之规模内。

B. 电源调整率:

电源调整率的界说为电源供应器于输入电压改动时供给其安稳输出电压的才干。此项测验系用来验证电源供应器在最恶劣之电源电压环境下,如夏天之正午(因气温高,用电需要量最大)其电源电压最低;又如冬季之晚上(因气温低,用电需要量最小)其电源电压最高。在前述之两个极端下验证电源供应器之输出电源之安稳度是不是契合需要之标准。

为准确丈量电源调整率,需要下列之设备:

•能供给可变电压才干的电源,起码能供给待测电源供应器的最低到最高之输入电压规模,(KIKUSUI PCR系列电源能供给0--300VAC 5-1000Hz 的安稳沟通电源,0---400V DC的直流电源)。

•一个均方根值沟通电压表来丈量输入电源电压,很多的数字功率计能准确计量V A W PF。

•一个精细直流电压表,具有起码高于待测物调整率十倍以上,一般运用5位以上高精度数字表。

•衔接至待测物输出的可变电子负载。

* 测验过程如下:于待测电源供应器以正常输入电压及负载情况下热机安稳后,别离于低输入电压(Min),正常输入电压(Normal),及高输入电压(Max)下丈量并记载其输出电压值。

电源调整率一般以一正常之固定负载(Nominal Load)下,由输入电压改动所形成其输出电压误差率(deviation)的百分比,如下列公式所示:

V0(max)-V0(min) / V0(normal)

电源调整率亦可用下列办法表明之:于输入电压改动下,其输出电压之误差量须于规则之上下限规模内,即输出电压之上下限绝对值以内。

C. 负载调整率:

负载调整率的界说为开关电源于输出负载电流改动时,供给其安稳输出电压的才干。此项测验系用来验证电源在最恶劣之负载环境下,如自己电脑内设备起码之外设卡且硬盘均不动作(因负载起码,用电需要量最小)其负载电流最低和自己电脑内设备最多之外设卡且硬盘在动作(因负载最多,用电需要量最大)其负载电流最高的两个极端下验证电源供应器之输出电源之安稳度是不是契合需要之标准。

* 所需的设备和衔接与电源调整率类似,仅有不一样的是需要精细的电流表与待测电源供应器的输出串联。示:

测验过程如下:于待测电源供应器以正常输入电压及负载情况下热机安稳后,丈量正常负载下之输出电压值,再别离于轻载(Min)、重载(Max)负载下,丈量并记载其输出电压值(别离为Vmax与Vmin),负载调整率一般以正常之固定输入电压下,由负载电流改动所形成其输出电压误差率的百分比,如下列公式所示:

V0(max)-V0(min) / V0(normal)

负载调整率亦可用下列办法表明:于输出负载电流改动下,其输出电压之误差量须于规则之上下限电压规模内,即输出电压之上下限绝对值以内。

D. 归纳调整率:

归纳调整率的界说为电源供应器于输入电压与输出负载电流改动时,供给其安稳输出电压的才干。这是电源调整率与负载调整率的归纳,此项测验系为上述电源调整率与负载调整率的归纳,可供给对电源供应器于改动输入电压与负载情况下更正确的功用验证。 归纳调整率用下列办法表明:于输入电压与输出负载电流改动下,其输出电压之误差量须于规则之上下限电压规模内(即输出电压之上下限绝对值以内)或某一百分比边界内。

E. 输出杂讯(PARD):

输出杂讯(PARD)系指于输入电压与输出负载电流均不变的情况下,其均匀直流输出电压上的周期性与随机性误差量的电压值。输出杂讯是表明在经过稳压及滤波后的直流输出电压上一切不需要的沟通和噪声部份(包括低频之50/60Hz电源倍频信号、高于20 KHz之高频切换信号及其谐波,再与其它之随机性信号所构成)),一般以mVp-p峰对峰值电压为单位来表明。 一般的开关电源的标准均以输出直流输出电压的1%以内为输出杂讯之标准,其频宽为20Hz到20MHz(或其它更高之频宽如100MHz等)。 开关电源实践作业时最恶劣的情况(如输出负载电流最大、输入电源电压最低一级),若电源供应器在恶劣环境情况下,其输出直流电压加上杂讯后之输出瞬时电压,仍可以坚持安稳的输出电压不超越输出高低电压边界景象,不然将能够会致使电源电压超越或低于逻辑电路(如TTL电路)之承受电源电压而误动作,进一步形成死机表象。

例如5V输出,其输出杂讯需要为50mV以内(此刻包括电源调整率、负载调整率、动态负载等其它一切改变,其输出瞬时电压应介于4.75V至5.25V之间,才不致致使TTL逻辑电路之误动作)。在丈量输出杂讯时,电子负载的PARD有必要比待测之电源供应器的PARD值为低,才不会影响输出杂讯之丈量。一起丈量电路有必要有杰出的阻隔处置及阻抗匹配,为防止导线上发作不必要的搅扰、振铃和驻波,一般都选用双同轴电缆并以50Ω于其端点上,并运用差动式量测办法(可防止地回路之杂讯电流),来取得正确的丈量成果,日本计测KEISOKU GEIKEN 的PARD 测验仪具有此种功用。

F. 输入功率与功率:

电源供应器的输入功率之界说为以下之公式:

True Power = Pav(watt) = V1 Ai dt = Vrms x Arms x Power Factor

即为对一周期内其输入电压与电流乘积之积分值,需注意的是Watt≠VrmsArms而是Watt=VrmsArmsxP.F.,其中P.F.为功率要素(Power Factor),一般电源供应器的功率要素在0.6~0.7摆布,而大功率之电源供应器具有功率要素校正器者,其功率要素一般大于0.95,当输入电流波形与电压波形完全相一起,功率要素为1,并依其不相同之程度,其功率要素为1~0之间。

电源供应器的功率之界说为:

ΣVout x lout / True Power (watts)

即为输出直流功率之总和与输入功率之比值。一般自己电脑用电源供应器之功率为65%~80%摆布。功率供给对电源供应器正确作业的验证,若功率超越规则规模,即表明规划或零件资料上有疑问,功率太低时会致使散热增加而影响其运用寿数。 由于这些年关于环保及动力消耗愈来愈注重,如电脑动力之星「Energy Star」对开关电源之需要:于沟通输入功率为30Wrms时,其功率需为60%以上(即此刻直流输出功率有必要高于18W);又关于ATX架构开关电源于直流失能(DC Disable)情况其输入功率应不大于5W。因而沟通功率测验外表需要既准确又规模广大,才干契合此项测验之需要。

G. 动态负载或暂态负载

一个定电压输出的电源,于规划中具有反响操控回路,可以将其输出电压接连不断地坚持安稳的输出电压。由于实践上反响操控回路有必定的频宽,因而约束了电源供应器对负载电流改动时的反响。若操控回路输入与输出之相移于增益(Unity Gain)为1时,超越180度,则电源供应器之输出便会呈现不安稳、失控或振动之表象。实践上,电源供应器作业时的负载电流也是动态改动的,而不是始终坚持不变(例如硬盘、软驱、CPU或RAM动作等),因而动态负载测验对电源供应器而言是极为重要的。可编程序电子负载可用来模仿电源供应器实践作业时最恶劣的负载情况,如负载电流敏捷上升、降低之斜率、周期等,若电源供应器在恶劣负载情况下,仍可以坚持安稳的输出电压不发作过高激(Overshoot)或过低(Undershoot)景象,不然会致使电源之输出电压超越负载组件(如TTL电路其输出瞬时电压应介于4.75V至5.25V之间,才不致致使TTL逻辑电路之误动作)之承受电源电压而误动作,进一步形成死机表象。

H. 电源杰出/失效时刻(Power Good、Power Fail或Pok)

电源杰出信号,简称PGS(Power Good Signal或Pok High),是电源送往电脑体系的信号,当其输出电压安稳后,告诉电脑体系,以便做开机程序之 C 而电源失效信号(Power Fail或Pok Low)是电源供应器表明其输出电压没有到达或降低超越于一正常作业之情况。 以上一般由一「PGS」或「Pok」信号之逻辑改动来表明,逻辑为「1或High」时,表明为电源杰出(Power Good),而逻辑为「0或Low」时,表明为电源失效(Power Fail),请叁考图5之时序图:

电源的电源杰出(Power Good)时刻为从其输出电压安稳时起到PGS信号由0变为1的时刻,一般值为100ms到2000ms之间。 电源的电源失效(Power Fail)时刻为从PGS信号由由1变为0的时刻起到其输出电压低于稳压规模的时刻,一般值为1ms以上。日本计测KEISOKU GEIKEN 的电子负载可直接丈量电源杰出与电源失效时刻,并可设定上下限,做为是不是合格的区分。

I. 发动时刻(Set-Up Time)与坚持时刻(Hold-Up Time)

发动时刻为电源供应器从输入接上电源起到其输出电压上升到稳压规模内停止的时刻,以一输出为5V的电源供应器为例,发动时刻为从电源开机起到输出电压到达4.75V停止的时刻。

坚持时刻为电源供应器从输入堵截电源起到其输出电压降低到稳压规模外停止的时刻,以一输出为5V的电源供应器为例,坚持时刻为从关机起到输出电压低于4.75V停止的时刻,一般值为17ms或20ms以上,以防止电力公司供电中于少了半周或一周之情况下而受影响。

发动时刻与坚持时刻的时序如图6所示。

I. 其它

•Power Up delay:+5/3.3V 的上升时刻(由10%上升到90%电压之时刻)

•Remote ON/OFF Control:遥控「开」或「关」之操控

•Fan Speed Control/Monitor:散热电扇之转速「操控」及「监督」

二、维护动作(Protections)测验:

•过电压维护(OVP, Over Voltage Protection)

•短路维护(Short)

•过电流维护(OCP, Over Current Protection)

•过功率维护(OPP, Over Power Protection)

维护功用测验

A. 过电压维护(OVP)测验

当电源供应器的输出电压超越其最大的约束电压时,会将其输出封闭(Shutdown)以防止损坏负载之电路组件,称为过电压维护。过电压维护测验系用来验证电源供应器当呈现上述反常情况时(当电源供应器内部之回授操控电路或零件损坏时,有能够发作反常之输出高电压),能否正确地反响。 过电压维护功用关于一些对电压灵敏的负载格外重要,如CPU、记忆体、逻辑电路等,由于这些贵重组件若因作业电压太高,超越其额定值时,会致使永久性的损坏,因而损失惨重。电源供应器于过电压景象发作时,其输出电压波形如图7所示。

B. 短路维护测验

当电源供应器的输出短路时,则电源供应器应该约束其输出电流或封闭其输出,以防止损坏。短路维护测验是验证当输出短路时(能够是配线衔接过错,或运用电源之组件或零组件毛病短路所形成的),电源供应器能否正确地反响。

C. 过电流维护OCP测验

当电源供应器的输出电流超越额守时,则电源供应器应该约束其输出电流或封闭其输出,以防止负载电流过大而损坏。又若电源供应器之内部零件损坏而形成较正常大的负载电流时,则电源供应器也应该封闭或约束其输出,以防止损坏或发作风险。过电流维护测验是验证当上述任一种情况发作时,电源供应器能否正确地反响。

D. 过功率维护OPP测验

当电源的输出功率(可为单一输出或多组输出)超越额守时,则电源应该约束其输出功率或封闭其输出,以防止负载功率过大而损坏或发作风险。又若电源内部零件损坏而形成较正常大的负载功率时,则电源也应该封闭或约束其输出,以防止损坏。 过功率维护测验是验证当上述任一种情况发作时,电源能否正确地反响。 本项测验一般包括两组或数组输出功率之功率约束维护,因而较上述单一输出之维护测验(OVP、OCP、Short等)稍具改动。

三、安全(Safety)标准测验:

•输入电流、漏电电流等

•耐压绝缘: 电源输入对地,电源输出对地;电路板线路须有安全距离。

•温度抗燃:零组件需具有抗燃之安全标准,作业温度须于安全标准内。

•机壳接地:需于0.1欧姆以下,以防止漏电触电之风险。

•变压输出特性:开路、短路及最大伏安(VA)输出

四、反常测验:散热电扇停转、电压选择开关设定过错

五、电磁兼容(Electromagnetic Compliance)测验:

电源供应器需契合CISPR 22、CLASS B之传导与幅射的4dB馀裕度,电源供应器需在以下三种负载情况下测验:

每个输出为空载、每个输出为50%负载、每个输出为100%负载。

•传导搅扰/免疫:经由电源线之传导性搅扰/免疫

•幅射搅扰/免疫:经由磁场之幅射性搅扰/免疫

六、 可靠性(Reliability)测验:

老化寿数测验:高温(约50-60度)及长时刻(约8-24小时)满载测验。

七、其它测验:

•ESD:Electrostatic Discharge静电放电(人或物体经由直触摸摸或间隔放电致使)在2-15KV之ESD脉波下,

待测物之每个外表区域应履行接连20次的静电放电测验,电源供应器之输出需持续作业而不会发作突波(Glitch)

或中止(Interrupt),直接ESD触摸时不该形成过激(Overshoot)或欠激(Undershoot)之超越稳压规模的情况、及过电压维护(OVP)、过电流维护(OCP)等。另外,于ESD放电电压在高达25KV下,应不致形成组件毛病(Failure)。

•EFT:Electrical Fast Transient or burst一串切换杂讯经由电源线或I/O线路之传导性搅扰(由供电或建筑物内致使)。

•Surge:经由电源线之高能量暂态杂讯搅扰(电灯之闪烁致使)。

•VD/I:Dips and Interrupts电源电压降低或中止(电力分配体系之毛病或失误所形成的使,例如供电过载或空气开关跳动所形成的使)

•Inrush: 开机输入冲击电流,开关电源对供电体系的影响。

开关电源正在向着高频化和小型化开展,跟着各种具有新功用的开关电源呈现,各项测验的重要性就将凸显出来。新商品只要经过各项测验才干终究走向市场,所以想要被市场所承受就要满意各项测验的需要。而对菜鸟来说,把握开关电源的各项测验流程将为开关电源的规划打下坚实的根底。 

以上由开关电源公司提供!

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