《電子技術應用》
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電源電能利用率測量方法
摘要: 本文將向大家介紹測量開關電源轉換效率的兩種不同方法,。
Abstract:
Key words :

  本文將向大家介紹測量開關電源轉換效率的兩種不同方法,。

  所需設備

  1. 一個可程控交流電源供應器或一個自耦變壓器

  2. 一個電子負載

  3. 一個瓦特表和兩個數(shù)字萬用表(其中最好有一個高精度數(shù)字萬用表,,用來測量電流)或者四個數(shù)字萬用表(其中,,一個為真有效值、高精度萬用表,,用來測量輸入電流,;一個為高精度萬用表,,用來測量輸出電流)

  直流輸出功率僅等于電壓與電流的乘積,只需兩個萬用表即可測量出大小,。我們將用一個高精度萬用表來測量輸出到負載的電流,,用一個標準萬用表來測量電源的輸出電壓。由于交流系統(tǒng)中電壓與電流之間存在相位角,,因此不能簡單地將RMS 輸入電壓與RMS 輸入電流相乘來計算輸入功率,。只有電源消耗的有功功率(P)才是必須考慮的。而返回到電源的無功功率Q,則不應考慮進來,。

 

  瓦特表的優(yōu)點是可以準確測量輸入功率,,原因在于它能自動校正功率因數(shù)。如果沒有瓦特表,,則可使用兩個萬用表來測量輸入電壓和電流,。但這種替代性方法與使用瓦特表相比,,測量結果的準確性不高,,并且還需要對待測電源進行斷路。

  直接將電壓表跨接到電路板輸出端,,并與電子負載連接,。測量輸出端電壓時,會不計與負載相連的電纜上的壓降,。在有些應用中,,比如手機充電器或筆記本電腦適配器中,必須計算電纜中的損耗,,此時需要從負載測量輸出電壓,。然后將高精度電流表與負載串聯(lián),測量輸出電流,。

交流接通注意事項

  電源的交流接通注意事項及瓦特表方法:使用的器件采用開/關控制方案,,在檢測輸入電壓下快速裝上電源,使輸出達到滿載,,這時就可以測量出最差情況下的效率,。在大容量電容充電時,裝上電源會產(chǎn)生非常大的浪涌電流,。如果輸入電流表設置為低量程,,這會導致其中的保險絲熔斷。

 

  針對不同 SMPS控制方案的建議交流接通程序

  SMPS,掃描電遷移率顆粒物粒徑譜儀,。 是一種用來測量粒徑在3~1000nm范圍內(nèi)的超細氣溶膠顆粒的高科技產(chǎn)品,。它采用一種靜電分級器來測量顆粒物尺寸,并采用凝聚粒子計數(shù)器(CPC)來測定顆粒物的濃度,。SMPS系統(tǒng)的主要優(yōu)點有:快速結果,;高分辨的數(shù)據(jù),;寬的粒徑范圍;實時數(shù)據(jù)顯示,;寬的濃度范圍,。

  如果采用四個萬用表的方法,在低輸入電壓和最高負載下快速裝上電源后,,首先應測量電源的浪涌電流,。然后查閱萬用表的數(shù)據(jù)手冊,確認它是否能夠在高輸入電壓下承載如此高的峰值電流,。對于所有其它控制方案,,接通方法將不會影響效率的測量,建議在檢測時緩慢調高交流電壓,,以便限制浪涌電流,。將瓦特表連接到電源輸入端,將顯示屏設置為平均模式,,以便獲得較穩(wěn)定的讀數(shù),。接通交流輸入電壓,將它緩慢調高到所需的檢測電壓,。將您電源的負載增加到滿載,。然后關斷電源,將它重新快速裝回,,繼續(xù)完成測量,。

  瓦特表方法

  將瓦特表連接到電源輸入端,將顯示屏設置為平均模式,,以便獲得較穩(wěn)定的讀數(shù),。接通交流輸入電壓,將它緩慢調高到所需的檢測電壓,。將您電源的負載增加到滿載,。然后關斷電源,將它重新快速裝回,,繼續(xù)完成測量,。在本演示中,電源輸出端儀表的測量結果為4.97 伏和4.005 安,。電子負載的電壓讀數(shù)為4.48 伏,。這是由于輸出電纜和萬用表電壓檢測元件上出現(xiàn)了490 mV 的壓降,從而突現(xiàn)了測量電源輸出端電壓的重要性,。因此,,輸出功率 = 4.97 V 4.005 A = 19.90 瓦。瓦特表讀數(shù)顯示輸入功率為25.76 瓦。因此,,電源效率 = 19.90 瓦/25.76 瓦 = 77.3%.

  萬用表方法

  萬用表又叫多用表,、三用表、復用表,,萬用表分為指針式萬用表和數(shù)字萬用表引,。是一種多功能、多量程的測量儀表,,一般萬用表可測量直流電流,、直流電壓、交流電流,、交流電壓,、電阻和音頻電平等,有的還可以測交流電流,、電容量,、電感量及半導體的一些參數(shù)(如β)。

  使用萬用表時,,可以在二極管整流器級將交流電轉換為直流電之后來測量輸入功率,,從而避開功率因數(shù)的影響。為提高測量準確性,,必須將直流總線級之前的元件中的損耗計算在內(nèi),。二極管整流橋通常是輸入級中損耗最大的元件,因為在最差情況下每個二極管中的壓降可達到0.9伏,。對于阻抗或壓降非常大且可測量的其它元件,使用這種方法也可以計算出其損耗大小,。

  連接萬用表

  斷開整流橋與大容量電容C2 之間的直流總線,。斷開大容量電容后面的直流總線后,需要用萬用表來測量電源的高頻開關電流,,而萬用表無法對此進行準確測量,。然后,焊接兩條可用來連接萬用表和電路的導線,。連接一個真有效值,、高精度萬用表組,測量斷路上的電流,。使用另一個萬用表組測量電壓,,將它分別連接到直流正極和大容量電容的負極。

  測試程序

  打開交流電源供應器,,緩慢將電壓調高到所需的檢測電壓,。將電源的負載增加到滿載。將輸入電流表設置到最高電流量程。然后切斷交流輸入電壓,,重新快速裝上電源,。在本演示中,電源仍提供4.97 伏電壓,,4.008 安電流和19.92 瓦輸出功率,。在輸入端,直流總線電壓為151.6 伏,,輸入電流為0.166 安,。輸入功率計算如下:交流輸入損耗現(xiàn)在,必須將整流橋的功率損耗計算在內(nèi):

  功率損耗估計值 = 最差情況下的二極管總壓降 輸入電流= 1.8 V 0.166 A= 0.299 W

  因此,,總輸入功率 = 25.1656 W + 0.299 W= 25.46 W

  采用這種測量方法,,可計算得出電源效率:= 78.2%

  與使用瓦特表測量計算得出的77.3%相比,我們可以看出,,用四個萬用表進行測量,,最后的誤差為0.9%.

  提高準確度

  在計算時,除二極管整流橋的損耗外,,還應將其他輸入級元件,,如浪涌限制器、共模扼流圈和數(shù)字萬用表的電流檢測元件的損耗包括在內(nèi),。要計算這些損耗,,需要測量各元件在正常工作情況下的壓降,然后用該壓降值乘以測得的輸入電流,。將這些損耗計算在內(nèi),,將會增大總輸入功率并降低計算得出的效率。

  不過,,用這種方法測得的結果始終不會像用瓦特表測量輸入功率一樣準確,。測量一系列輸入及輸出值,確定損耗原因電源效率與輸入電壓和輸出負載有關,。*估電源時,,通常需要在幾個不同的輸入電壓水平下測量效率,以便更好地判斷出電路中的損耗究竟在何處,。把得出的結果繪制在圖表中,,說明滿載條件下效率與輸入電壓的關系。

  接觸器的選用應按滿足被控制設備的要求進行,,除額定工作電壓應與被控設備的額定電壓相同外,,被控設備的負載功率、使用類別,、操作頻率,、工作壽命,、安裝方式及尺寸以及經(jīng)濟性等是選擇的依據(jù)。

  導通損耗對效率的影響 開關損耗對效率的影響

  低輸入電壓下效率下降,,這通常是由于電路中的阻性元件產(chǎn)生的導通損耗造成的,。這些損耗之所以會在低輸入電壓下增加,是因為需要較高的電流來維持相同的輸出功率,。而高輸入電壓下的效率下降,,通常是由于開關損耗造成的。這些損耗來自寄生電容,。在高輸入電壓下?lián)p耗增加,,是因為寄生電容會在更高的電壓下充放電。確定損耗原因并采取糾正措施后,,將會得到以下曲線圖,。設計良好的電源的效率與輸入電壓的關系。

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