電氣開關(guān)電源測試標準

1、 . . 5/5開關(guān)電源的測試良好的開關(guān)電源必須符合所有功能規(guī)格、保護特性、安全規(guī)（如UL、CSA、VDE、DEMKO、SEMKO，長城等等之耐壓、抗燃、漏電流、接地等安全規(guī)格）、電磁兼容能力（如FCC、CE等之傳導與幅射干擾）、可靠性（如老化壽命測試）、與其他之特定需求等。開關(guān)電源包括下列之型式：AC-DC：如個人用、家用、辦公室用、工業(yè)用(電腦、周邊、 機、充電器)DC-DC：如可攜帶式產(chǎn)品(移動、筆計本電腦、攝影機，通信交換機二次電源)DC-AC：如車用轉(zhuǎn)換器(12V115/230V) 、通信交換機振鈴信號電源AC-AC：如交流電源變壓器、變頻器、UPS不間斷電源開關(guān)電源的設(shè)計、制造與品

2、質(zhì)管理等測試需要精密的電子儀器設(shè)備來模擬電源供應器實際工作時之各項特性(亦即為各項規(guī)格)，并驗證能否通過。開關(guān)電源有許多不同的組成結(jié)構(gòu)(單輸出、多輸出、與正負極性等)和輸出電壓、電流、功率之組合，因此需要具彈性多樣化的測試儀器才能符合眾多不同規(guī)格之需求。電氣性能(Electrical Specifications)測試當驗證電源供應器的品質(zhì)時，下列為一般的功能性測試項目，詳細說明如下：一、功能(Functions)測試：輸出電壓調(diào)整(Hold-on Voltage Adjust)電源調(diào)整率(Line Regulation)負載調(diào)整率(Load Regulation)綜合調(diào)整率(Conmine

3、Regulation)輸出漣波與雜訊(Output Ripple & Noise, RARD)輸入功率與效率(Input Power, Efficiency)動態(tài)負載或暫態(tài)負載(Dynamic or Transient Response)電源良好/失效(Power Good/Fail)時間起動(Set-Up)與保持(Hold-Up)時間常規(guī)功能(Functions)測試A. 輸出電壓調(diào)整： 當制造開關(guān)電源時，第一個測試步驟為將輸出電壓調(diào)整至規(guī)格圍。此步驟完成后才能確保后續(xù)的規(guī)格能夠符合。通常，當調(diào)整輸出電壓時，將輸入交流電壓設(shè)定為正常值(115Vac或230Vac)，并且將輸出電流設(shè)定為正常值

4、或滿載電流，然后以數(shù)字電壓表測量電源供應器的輸出電壓值并調(diào)整其電位器(VR)直到電壓讀值位于要求之圍。B. 電源調(diào)整率： 電源調(diào)整率的定義為電源供應器于輸入電壓變化時提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。此項測試系用來驗證電源供應器在最惡劣之電源電壓環(huán)境下，如夏天之中午(因氣溫高，用電需求量最大)其電源電壓最低；又如冬天之晚上(因氣溫低，用電需求量最小)其電源電壓最高。在前述之兩個極端下驗證電源供應器之輸出電源之穩(wěn)定度是否合乎需求之規(guī)格。為精確測量電源調(diào)整率，需要下列之設(shè)備：能提供可變電壓能力的電源，至少能提供待測電源供應器的最低到最高之輸入電壓圍，（KIKUSUI PCR系列電源能提供0-300VAC

5、5-1000Hz 的穩(wěn)定交流電源，0400V DC的直流電源）。一個均方根值交流電壓表來測量輸入電源電壓，眾多的數(shù)字功率計能精確計量V A W PF。一個精密直流電壓表，具備至少高于待測物調(diào)整率十倍以上，一般應用5位以上高精度數(shù)字表。連接至待測物輸出的可變電子負載。*測試步驟如下：于待測電源供應器以正常輸入電壓與負載狀況下熱機穩(wěn)定后，分別于低輸入電壓(Min)，正常輸入電壓(Normal)，與高輸入電壓(Max)下測量并記錄其輸出電壓值。電源調(diào)整率通常以一正常之固定負載(Nominal Load)下，由輸入電壓變化所造成其輸出電壓偏差率(deviation)的百分比，如下列公式所示： V0(m

6、ax)-V0(min) / V0(normal)電源調(diào)整率亦可用下列方式表示之：于輸入電壓變化下，其輸出電壓之偏差量須于規(guī)定之上下限圍，即輸出電壓之上下限絕對值以。C. 負載調(diào)整率： 負載調(diào)整率的定義為開關(guān)電源于輸出負載電流變化時，提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。此項測試系用來驗證電源在最惡劣之負載環(huán)境下，如個人電腦裝置最少之外設(shè)卡且硬盤均不動作(因負載最少，用電需求量最小)其負載電流最低和個人電腦裝置最多之外設(shè)卡且硬盤在動作(因負載最多，用電需求量最大)其負載電流最高的兩個極端下驗證電源供應器之輸出電源之穩(wěn)定度是否合乎需求之規(guī)格。* 所需的設(shè)備和連接與電源調(diào)整率相似，唯一不同的是需要精密的電流表與

7、待測電源供應器的輸出串聯(lián)。示：測試步驟如下：于待測電源供應器以正常輸入電壓與負載狀況下熱機穩(wěn)定后，測量正常負載下之輸出電壓值，再分別于輕載(Min)、重載(Max)負載下，測量并記錄其輸出電壓值(分別為Vmax與Vmin)，負載調(diào)整率通常以正常之固定輸入電壓下，由負載電流變化所造成其輸出電壓偏差率的百分比，如下列公式所示： V0(max)-V0(min) / V0(normal)負載調(diào)整率亦可用下列方式表示：于輸出負載電流變化下，其輸出電壓之偏差量須于規(guī)定之上下限電壓圍，即輸出電壓之上下限絕對值以。D. 綜合調(diào)整率： 綜合調(diào)整率的定義為電源供應器于輸入電壓與輸出負載電流變化時，提供其穩(wěn)定輸出電

8、壓的能力。這是電源調(diào)整率與負載調(diào)整率的綜合，此項測試系為上述電源調(diào)整率與負載調(diào)整率的綜合，可提供對電源供應器于改變輸入電壓與負載狀況下更正確的性能驗證。綜合調(diào)整率用下列方式表示：于輸入電壓與輸出負載電流變化下，其輸出電壓之偏差量須于規(guī)定之上下限電壓圍(即輸出電壓之上下限絕對值以)或某一百分比界限。E. 輸出雜訊(PARD)： 輸出雜訊(PARD)系指于輸入電壓與輸出負載電流均不變的情況下，其平均直流輸出電壓上的周期性與隨機性偏差量的電壓值。輸出雜訊是表示在經(jīng)過穩(wěn)壓與濾波后的直流輸出電壓上所有不需要的交流和噪聲部份(包含低頻之50/60Hz電源倍頻信號、高于20 KHz之高頻切換信號與其諧波，再

9、與其它之隨機性信號所組成)，通常以mVp-p峰對峰值電壓為單位來表示。一般的開關(guān)電源的規(guī)格均以輸出直流輸出電壓的1%以為輸出雜訊之規(guī)格，其頻寬為20Hz到20MHz(或其它更高之頻寬如100MHz等)。開關(guān)電源實際工作時最惡劣的狀況(如輸出負載電流最大、輸入電源電壓最低等)，若電源供應器在惡劣環(huán)境狀況下，其輸出直流電壓加上雜訊后之輸出瞬時電壓，仍能夠維持穩(wěn)定的輸出電壓不超過輸出高低電壓界限情形，否則將可能會導致電源電壓超過或低于邏輯電路(如TTL電路)之承受電源電壓而誤動作，進一步造成死機現(xiàn)象。例如5V輸出，其輸出雜訊要求為50mV以(此時包含電源調(diào)整率、負載調(diào)整率、動態(tài)負載等其它所有變動，其

10、輸出瞬時電壓應介于4.75V至5.25V之間，才不致引起TTL邏輯電路之誤動作)。在測量輸出雜訊時，電子負載的PARD必須比待測之電源供應器的PARD值為低，才不會影響輸出雜訊之測量。同時測量電路必須有良好的隔離處理與阻抗匹配，為避免導線上產(chǎn)生不必要的干擾、振鈴和駐波，一般都采用雙同軸電纜并以50于其端點上，并使用差動式量測方法(可避免地回路之雜訊電流)，來獲得正確的測量結(jié)果，日本計測KEISOKU GEIKEN 的PARD 測試儀具備此種功能。F. 輸入功率與效率：電源供應器的輸入功率之定義為以下之公式： True Power = Pav(watt) = V1 Ai dt = Vrms x

11、Arms x Power Factor即為對一周期其輸入電壓與電流乘積之積分值，需注意的是WattVrmsArms而是Watt=VrmsArmsxP.F.，其中P.F.為功率因素(Power Factor)，通常電源供應器的功率因素在0.60.7左右，而大功率之電源供應器具備功率因素校正器者，其功率因素通常大于0.95，當輸入電流波形與電壓波形完全一樣時，功率因素為1，并依其不一樣之程度，其功率因素為10之間。電源供應器的效率之定義為： Vout x lout / True Power (watts)即為輸出直流功率之總和與輸入功率之比值。通常個人電腦用電源供應器之效率為65%80%左右。效率

12、提供對電源供應器正確工作的驗證，若效率超過規(guī)定圍，即表示設(shè)計或零件材料上有問題，效率太低時會導致散熱增加而影響其使用壽命。由于近年來對于環(huán)保與能源消耗愈來愈重視，如電腦能源之星Energy Star對開關(guān)電源之要求：于交流輸入功率為30Wrms時，其效率需為60%以上(即此時直流輸出功率必須高于18W)；又對于ATX架構(gòu)開關(guān)電源于直流失能(DC Disable)狀態(tài)其輸入功率應不大于5W。因此交流功率測試儀表需要既精確又圍寬廣，才能合乎此項測試之需求。G. 動態(tài)負載或暫態(tài)負載 一個定電壓輸出的電源，于設(shè)計中具備反饋控制回路，能夠?qū)⑵漭敵鲭妷哼B續(xù)不斷地維持穩(wěn)定的輸出電壓。由于實際上反饋控制回路有

13、一定的頻寬，因此限制了電源供應器對負載電流變化時的反應。若控制回路輸入與輸出之相移于增益(Unity Gain)為1時，超過180度，則電源供應器之輸出便會呈現(xiàn)不穩(wěn)定、失控或振蕩之現(xiàn)象。實際上，電源供應器工作時的負載電流也是動態(tài)變化的，而不是始終維持不變(例如硬盤、軟驅(qū)、CPU或RAM動作等)，因此動態(tài)負載測試對電源供應器而言是極為重要的?？删幊绦螂娮迂撦d可用來模擬電源供應器實際工作時最惡劣的負載情況，如負載電流迅速上升、下降之斜率、周期等，若電源供應器在惡劣負載狀況下，仍能夠維持穩(wěn)定的輸出電壓不產(chǎn)生過高激(Overshoot)或過低(Undershoot)情形，否則會導致電源之輸出電壓超過負

14、載組件(如TTL電路其輸出瞬時電壓應介于4.75V至5.25V之間，才不致引起TTL邏輯電路之誤動作)之承受電源電壓而誤動作，進一步造成死機現(xiàn)象。H. 電源良好/失效時間(Power Good、Power Fail或Pok) 電源良好信號，簡稱PGS(Power Good Signal或Pok High)，是電源送往電腦系統(tǒng)的信號，當其輸出電壓穩(wěn)定后，通知電腦系統(tǒng)，以便做開機程序之 C 而電源失效信號(Power Fail或Pok Low)是電源供應器表示其輸出電壓尚未達到或下降超過于一正常工作之情況。以上通常由一PGS或Pok信號之邏輯改變來表示，邏輯為1或High時，表示為電源良好(Pow

15、er Good)，而邏輯為0或Low時，表示為電源失效(Power Fail)，請叁考圖5之時序圖：電源的電源良好(Power Good)時間為從其輸出電壓穩(wěn)定時起到PGS信號由0變?yōu)?的時間，一般值為100ms到2000ms之間。電源的電源失效(Power Fail)時間為從PGS信號由由1變?yōu)?的時間起到其輸出電壓低于穩(wěn)壓圍的時間，一般值為1ms以上。日本計測KEISOKU GEIKEN 的電子負載可直接測量電源良好與電源失效時間，并可設(shè)定上下限，做為是否合格的判別。I.啟動時間(Set-Up Time)與保持時間(Hold-Up Time)啟動時間為電源供應器從輸入接上電源起到其輸出電壓

16、上升到穩(wěn)壓圍為止的時間，以一輸出為5V的電源供應器為例，啟動時間為從電源開機起到輸出電壓達到4.75V為止的時間。 保持時間為電源供應器從輸入切斷電源起到其輸出電壓下降到穩(wěn)壓圍外為止的時間，以一輸出為5V的電源供應器為例，保持時間為從關(guān)機起到輸出電壓低于4.75V為止的時間，一般值為17ms或20ms以上，以避免電力公司供電中于少了半周或一周之狀況下而受影響。啟動時間與保持時間的時序如圖6所示。I.其它Power Up delay：+5/3.3V 的上升時間(由10%上升到90%電壓之時間)Remote ON/OFF Control：遙控開或關(guān)之控制Fan Speed Control/Moni

17、tor：散熱風扇之轉(zhuǎn)速控制與監(jiān)視二、保護動作(Protections)測試：過電壓保護(OVP, Over Voltage Protection)短路保護(Short)過電流保護(OCP, Over Current Protection)過功率保護(OPP, Over Power Protection)保護功能測試A. 過電壓保護(OVP)測試 當電源供應器的輸出電壓超過其最大的限定電壓時，會將其輸出關(guān)閉(Shutdown)以避免損壞負載之電路組件，稱為過電壓保護。過電壓保護測試系用來驗證電源供應器當出現(xiàn)上述異常狀況時(當電源供應器部之回授控制電路或零件損壞時，有可能產(chǎn)生異常之輸出高電壓)，能

18、否正確地反應。過電壓保護功能對于一些對電壓敏感的負載特別重要，如CPU、記憶體、邏輯電路等，因為這些貴重組件若因工作電壓太高，超過其額定值時，會導致永久性的損壞，因而損失慘重。電源供應器于過電壓情形發(fā)生時，其輸出電壓波形如圖7所示。B. 短路保護測試 當電源供應器的輸出短路時，則電源供應器應該限制其輸出電流或關(guān)閉其輸出，以避免損壞。短路保護測試是驗證當輸出短路時(可能是配線連接錯誤，或使用電源之組件或零組件故障短路所致)，電源供應器能否正確地反應。C. 過電流保護OCP測試當電源供應器的輸出電流超過額定時，則電源供應器應該限制其輸出電流或關(guān)閉其輸出，以避免負載電流過大而損壞。又若電源供應器之部

19、零件損壞而造成較正常大的負載電流時，則電源供應器也應該關(guān)閉或限制其輸出，以避免損壞或發(fā)生危險。過電流保護測試是驗證當上述任一種狀況發(fā)生時，電源供應器能否正確地反應。D. 過功率保護OPP測試當電源的輸出功率(可為單一輸出或多組輸出)超過額定時，則電源應該限制其輸出功率或關(guān)閉其輸出，以避免負載功率過大而損壞或發(fā)生危險。又若電源部零件損壞而造成較正常大的負載功率時，則電源也應該關(guān)閉或限制其輸出，以避免損壞。過功率保護測試是驗證當上述任一種狀況發(fā)生時，電源能否正確地反應。本項測試通常包含兩組或數(shù)組輸出功率之功率限制保護，因此較上述單一輸出之保護測試(OVP、OCP、Short等)稍具變化。三、安全(Safety)規(guī)格測試：輸入電流、漏電電流等耐壓絕緣: 電源輸入對地，電源輸出對地；電路板線路須有安全間距。溫度抗燃：零組件需具備抗燃之安全規(guī)格，工作溫度須于安全規(guī)格。機殼接地：需于0.1歐姆以下，以避免漏電觸電之危險。變壓輸出特性：開路、短路與最大伏安(VA)輸出四、異常測試：散熱風扇停轉(zhuǎn)、電壓選擇開關(guān)設(shè)定錯誤五、電磁兼容(Electromagnetic Compliance)測試：電