开关电源测试

　开关电源的测试

　良好的廿关电源必须符合所有功能规格、保护特性、安全规范（如UL、CSA、VDE、DEMKO、SEMKO,长城等等 之耐压、抗燃、漏电流、接地等安全规榕）、电磁兼容能力（如FCC、CE等之传导与幅射干扰）、可靠性（如老 化寿命测试）、及莫他之特定需求等。

　开关电源包括下列之型式：

　?AC-DC：如个人川、家川、办公室川、工业用（电脑、周边、传真机、充电器）

　?DC-DC：如可携带式产品（移动电话、笔让本电脑、摄影机，通信交换机二次电源）

　?DC-AC：如车用转换器（12V?115/230V）、通信交换机振铃信号电源

　?AC-AC：如交流电源变压器、变频器、UPS不间断电源

　开关电源的设计、制造及品质管理等测试需要粋密的电子仪器设备来模拟电源供应器实际工作时Z齐项特性（亦 即为各项规格），并验证能否通过。廿关电源有许多不同的组成结构（单输出、多输出、及止负极性等）和输出电 压、电流、功率之组合，因此需要具弹性多样化的测试仪器才能符合众多不同规格之需求。

　电气性能(Electrical Specifications)测试

　当验证电源供应器的品质时,下列为一般的功能性测试项目,详细说明如下:

　一、功能（Functions）测试:

　?输出电压调整(Hold-on Voltage Adjust)

　?电源调整率(Line Regulation)

　?负载调整率(Load Regulation)

　?综合调整率(Conminc Regulation)

　?输出涟波及杂讯(Output Ripple & Noise, RARD)

　?输入功率及效率(Input Power, Efficiency)

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

　?电源良好/失效(Power Good/Fail)时间

　?起动(Set-Up)及保持(Hold-Up)时间

　常规功能（Functions ）测试

　输出电压调整：

　当制造开关电源时，第一个测试步骤为将输出电压调整一至规格范围内。此步骤完成后才能确保后 续的规格能够符合。通常，当调整输出电压时，将输入交流电压设定为正常ffi（H5Vac或230Vac）, 并H将输出电流设泄为止常值或满载电流，然后以数字电压表测量电源供应器的输出电压值并调整莫 电位器（VR）直到电压读值位于要求Z范囤内。

　电源调整率：

　电源调整率的定义为电源供应器于输入电压变化时提供其稳定输出电压的能力。此项测试系用来验 证电源供应器在戢恶劣之电源电压环境下，如夏天之屮午(因气温高，用电需求量最大)其电源电压戢 低；又如冬天之晚上(因气温低，用电需求量戢小)其电源电压最高。在前述之两个极端下验证电源供 应器之输出电源之稳能度是否合乎需求之规格。

　为精确测量电源调整率，需要下列之设备：

　?能提供可变电压能力的电源，至少能提供待测电源供应器的最低到最高之输入电压范围，(KIKUSU I PCR系列电源能提供0-30()VAC 5-lOOOHz的稳定交流电源，0—400V DC的直流电源)。

　?一个均方根值交流电压表來测量输入电源电压，众多的数字功率计能精确计量V A W PFo

　?一个精密直流电压表，具备至少高丁?待测物调整率十倍以上，一般应用5位以上高精度数字表。

　?连接至待测物输出的可变电子负载。

　*测试步骤如下：于待测电源供应器以止常输入电压及负载状况下热机稳定后，分别于低输入电压(M in),止常输入电压(Normal),及高输入电压(Max)下测量并记录英输出电压值。

　电源调整率通常以一止常之固定负载(Nominal Load)下，由输入电压变化所造成其输出电压偏差率(de viation)的百分比,如下列公式所示:

　V0(max)-V0(min) / VO(normal)

　电源调整率亦可丿U下列方式表示之：丁?输入电压变化下，英输出电压之偏差量须丁?规能之上下限范围 内，即输出电压之上下限绝对值以内。

　c.负载调整率：

　负载调整率的能义为开关电源丁输出负载电流变化时，提供其稳能输出电压的能力。此项测试系川 來验证电源在最恶为之负载环境下，如个人电脑内装置最少之外设卡且硕盘均不动作(因负载最少，川 电需求量最小)英负载电流最低和个人电脑内装置最多之外设卡H硕盘在动作(因负载最多，丿U电需求 量最人)英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稳立度是否合乎需求之规格。

　*所需的设备和连接与电源调整率相似，唯一不同的是需要精密的电流表与待测电源供应器的输出串 联。示：

　测试步骤如下：丁?待测电源供应器以止常输入电压及负载状况下热机稳定后，测量止常负载下之输出 电压值，再分别丁?轻载(Min)、重载(Max)负载下，测量并记录其输出电压值(分别为Vmax与Vmin), 负载调整率通常以止常之固定输入电压下，由负载电流变化所造成其输出电压偏差率的百分比，如下 列公式所示：

　V0(max)-V0(min) / VO(normal)

　负载调整率亦可川下列方式表示：于输出负载电流变化下，莫输出电压之偏差量须于规泄之上下限电 压范围内，即输出电压之上下限绝对值以内。

　综合调整率：

　综合调整率的处义为电源供应器丁?输入电压与输出负载电流变化时，提供英稳泄输出电压的能力。

　这是电源调整率与负载调整率的综合，此项测试系为上述电源调整率与负载调整率的综合，可提供対 电源供应器丁?改变输入电压与负载状况下更止确的性能验证。综合调整率川下列方式表示：丁?输入电 压与输出负载电流变化下，其输出电压之偏差量须丁?规尢之上下限电压范围内(即输出电压之上下限绝 対值以内)或某一百分比界限内。

　输出杂讯(PARD)：

　输出杂讯(PARD)系指丁输入电压与输出负载电流均不变的情况下，莫平均直流输出电压上的周期性 与随机性偏差量的电压值。输出杂讯是表示在经过稳压及滤波厉的玄流输出电压上所有不需要的交流 和噪声部份（包含低频之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 随机性信号所组成）），通常以mVp-p峰对峰值电压为单位來表示。一般的开关电源的规格均以输出直 流输岀电压的1%以内为输出杂讯之规格，其频宽为20Hz到20MHz（或其它更高之频宽如100MHz等）。

　开关电源实际工作时戢恶劣的状况（如输出负载电流最大、输入电源电压最低等），若电源供应器在恶 劣环境状况下，其输出直流电压加上杂讯后之输出瞬时电压，仍能够维持稳定的输岀电压不超过输出 高低电压界限悄形，否则将可能会导致电源电压超过或低于逻辑电路（如TTL电路）之承受电源电压而 谋动作，进一步造成死机现彖。

　例如5V输出，莫输出杂讯要求为50mV以内（此时包含电源调整率、负载调整率、动态负载等英它所 有变动，莫输出瞬时电压应介T 4.75V至5.25V之间，才不致引起TTL逻辑电路之误动作）。在测量 输出杂讯时，电子负载的PARD必须比待测之电源供应器的PARD值为低，才不会影响输出杂讯之测 量。同时测量电路必须有良好的隔离处理及阻抗兀配，为避免导线上产生不必耍的干扰、振铃和驻波, 一?般都采用双同轴电缆并以50Q于英端点上，并使川差动式量测方法（可避免地回路之杂讯电流），來 获得正确的测量结果，口本计测KEISOKU GEIKEN的PARD测试仪具备此种功能。

　输入功率与效率：

　电源供应器的输入功率之定义为以下之公式：

　True Power = Pav（watt） = VI Ai dt = Vnns x Arms x Power Factor

　即为対一周期内莫输入电压与电流乘积之积分值，需注意的是Watt#VrmsArms而是Watt=VrmsArmsxP.

　,其中P.F.为功率因素（Power Factor）,通常电源供应器的功率因素在0.6?0.7左右，而人功率之电 源供应器具备功率因素校止器者，莫功率因素通常人于0.95,当输入电流波形与电压波形完全相同时, 功率因素为1,并依其不相同Z程度，其功率因素为1?0Z间。

　电源供应器的效率之定义为：

　S Vout x lout / True Power （watts）

　即为输出直流功率之总和与输入功率之比值。通常个人电脑川电源供应器之效率为65%?80%左右。

　效率提供対电源供应器正确工作的验证,若效率超过规定范围，即表示设计或零件材料上有问题，效 率太低时会导致散热增加而影响莫使川寿命。由丁?近年來対于环保及能源消耗愈來愈重视，如电脑能 源之星「Energy StarJ对开关电源之要求：于交流输入功率为30Wrms时，英效率需为60%以上（即此 时直流输出功率必须高于18W）；又对于ATX架构开关电源于直流失能（DC Disable）状态莫输入功率应 不人T 5Wo因此交流功率测试仪表需要既精确又范围宽广，才能合乎此项测试之需求。

　动态负载或暂态负载

　一个泄电压输出的电源，丁?设计中具备反馈控制回路，能够将英输出电压连续不断地维持稳处的输 出电压。由丁?实际上反馈控制回路有一能的频宽，因此限制了电源供应器対负载电流变化时的反应。

　若控制回路输入与输出之相移丁?增益（Unity Gain）为1时，超过180度，则电源供应器之输出便会呈现 不稳立、失控或振荡之现象。实际上，电源供应器工作时的负载电流也是动态变化的，而不是始终维 持不变（例如硬盘、软驱、CPU或RAM动作等），因此动态负载测试对电源供应器而言是极为重耍的。

　可编程序电了负载可用来模拟电源供应器实际T作时最恶劣的负载情况，如负载电流迅速上升、下降 之斜率、周期等，若电源供应器在恶劣负载状况下，仍能够维持稳尢的输出电压不产生过高激（Oversh oot）或过低（Undershoot）情形，否则会导致电源之输出电压超过负载组件（如TTL电路莫输出瞬时电压 应介T 4.75V至5.25V之间，才不致引起TTL逻辑电路之误动作）之承受电源电压而误动作，进一步

　造成死机现象。

　电源良好/失效时间(Power Good、Power Fail或Pok)

　电源良好信号，简称PGS(Powcr Good Signal或Pok High),是电源送往电脑系统的信号，当英输 出电压稳泄后，通知电脑系统，以便做廿机程序之C而电源失效信号(Power Fail或Pok Low)是电源 供应器表示莫输出电压尚未达到或下降超过丁一止常工作之情况。以上通常由一 rpcsj或rPokJ 信号之逻辑改变來表示，逻辑为「1或HighJ时，表示为电源良好(Power Good),而逻辑为「0或Lo wj时，表示为电源失效(Power Fail),请垒考图5之时序图:

　电源的电源良好(Power Good)吋间为从其输出电压稳定时起到PGS信号由0变为1的时间，一般值为100ms到2 000ms Z间。电源的电源失效(Power Fail)时间为从PGS信号rfirh 1变为0的时间起到其输岀电压低于稳压范I韦I 的时间，一般值为1ms以上。口本计测KEISOKU GEIKEN的电子负载可玄接测量电源良好与电源失效时间，并 可设定上下限，做为是否合格的判别。

　启动时间(Set-Up Time)与保持时间(Hold?Up Time)

　启动时间为电源供应器从输入接上电源起到英输出电压上升到稳压范围内为I上的时间，以一输岀为5V的电源 供应器为例，启动时间为从电源开机起到输岀电压达到4.75V为I上的时间。

　保持时间为电源供应器从输入切断电源起到其输出电压下降到稳压范围外为止的时间，以一输出为5V的电源 供应器为例，保持时间为从关机起到输岀电压低于4.75V为I上的时间，一般值为17ms或20ms以上 以避免电力 公司供电中丁?少了半周或一周之状况下而受影响。

　启动时间与保持时间的时序如图6所示。

　I.其它

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

　-Remote ON/OFF Control：遥控「开」或「关」Z控制

　? Fan Speed Conlrol/Monilor：散热风扇Z转速「控制」及「监视」

　二、保护动作(Protections)测试:

　?过电压保护

　?过电压保护(0VP,

　Over Voltage Protcction)

　?短路保护(Short)

　?过电流保护(OCP,Over Current Protection)

　?过电流保护(OCP,

　Over Current Protection)

　?过功率保护(OPP,

　Over Power Protection)

　保护功能测试

　A.过电压保护(OVP)测试

　当电源供应器的输出电丿衣超过It最大的限肚也*时，会将Jt输出关闭(Shutdown)以避免损坏负载Z 电路组件，称为过电压保护。过电压保护测试系川來验证电源供应器当出现上述界常状况时(当电源供 应器内部Z回授控制电路或零件损坏时，冇可能产生界常Z输出高电压)，能否正确地反应。过电压 保护功能对于一些对电压敏感的负载特别重要，如CPU、记忆体、逻徘电路等，因为这些贵重组件若 因工作电压太高，超过其额定值时，会导致永久性的损坏，因而损失惨重。电源供应器于过电压情形 发牛时，其输岀电压波形如图7所示。

　短路保护测试

　当电源供应器的输出短路时，则电源供应器应该限制其输出电流或关闭其输出，以避免损坏。短 路保护测试是验证当输出短路时（町能是配线连接错误，或使川电源之组件或零组件故障短路所致）， 电源供应器能否止确地反应。

　过电流保护OCP测试

　当电源供应器的输出电流超过额立时，则电源供应器应该限制莫输出电流或关闭英输出，以避免 负载电流过人而损坏。又若电源供应器之内部冬件损坏而造成较止常人的负载电流时，则电源供应器 也应该关闭或限制莫输出，以避免损坏或发生危险。过电流保护测试是验证当上述任一种状况发生时, 电源供应器能否正确地反应。

　D.过功率保护OPP测试

　当电源的输出功率（可为单一输出或多组输出）超过额定时，则电源应该限制其输出功率或关闭其输出，以 避免负载功率过大而损坏或发生危险。乂若电源内部冬件损坏而造成较正常大的负载功率时，则电源也应该关 闭或限制莫输出，以避免损坏。过功率保护测试是验证当上述任一种状况发生时，电源能否止确地反应。

　木项测试通常包含两组或数组输出功率Z功率限制保护，因此较上述单一输出Z保护测试（OVP、OCP、Short 等）稍具变化。

　三、 安全（Safety）规格测试：

　?输入电流、漏电电流筹

　?耐压绝缘：电源输入对地，电源输出对地；电路板线路须有女全间距。

　?温度抗燃：零组件需具备抗燃之安全规格，工作温度须于安全规格内。

　?机壳接地：需于0.1欧姆以卜，以避免漏电触电Z危险。

　?变压输出特性：开路、短路及最大伏女（VA）输出

　四、 异常测试：散热风扇停转、电压选择开关设定错误

　五、 电磁兼容（Electromagnetic Compliance）测试：

　电源供应器需符合C1SPR 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状况下测试: 每个输出为空载、每个输出为50%负载、每个输出为100%负载。

　?传导干扰/免疫：经由电源线之传导性干扰/免疫

　?幅射干扰/免疫：经由磁场Z幅射性干扰/免疫

　六、 可靠性（Reliab订ity）测试：

　老化寿命测试：窩温（约50-60度）及长时间（约8-24小时）满载测试。

　七、 其它测试：

　?ESD： Electrostatic Discharge静电放电(人或物体经由直接接触或间隔放电引起)在2-15KV之ES D脉波下，

　待测物之每个表而区域应执行连续20次的静电放电测试，电源供应器之输出需继续工作而不会产生突 波(Glitch)

　或中断(Interrupt),直接ESD接触时不应造成过激(Overshoot)或欠激(Undershoot)之超过稳压范围 的状况、及过电压保护(OVP)、过电流保护(OCP)等。另外，于ESD放电电压在高达25KV下，应不致造 成组件故障(Failure) o

　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T?扰(由 供电或建筑物内引起)。

　?Surge：经由电源线之高能量暂态杂讯干扰(电灯之闪动引起)。

　VD/I： Dips and Interrupts电源电压下降或中断(电力分配系统之故障或失误所引起,例如供电过 载或空气开关跳动所引起)

　?Inrush:开机输入冲击电流，开关电源对供电系统的彩响。

　樺達

　2004年9月