开关电源的测试项目

2013-04-05 11:18:41来源: 互联网
良好的开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、接地等安全规格)、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)、及其他特定需求等。

  开关电源包括下列之型式:

  ·AC-DC:如个人用、家用、办公室用、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、笔计本电脑、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精密的电子仪器设备来模拟电源供应器实际工作时之各项特性(亦即为各项规格),并验证能否通过。开关电源有许多不同的组成结构(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:

  *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(Combine 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

  *保护动作(Protections)测试:

  ·过电压保护(OVP, Over Voltage Protection)

  ·短路保护(Short)

  ·过电流保护(OCP, Over Current Protection)

  ·过功率保护(OPP, Over Power Protection)

  *安全(Safety)规格测试:

  ·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间距。

  ·温度抗燃:零组件需具备抗燃之安全规格,工作温度须於安全规格内。

  ·机壳接地:需於0.1欧姆以下,以避免漏电触电之危险。

  ·变压输出特性:开路、短路及最大伏安(VA)输出

  ·异常测试:散热风扇停转、电压选择开关设定错误

  *电磁兼容(Electromagnetic Compliance)测试:

  电源供应器需符合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:经由磁场之幅射性干扰/免疫

  *可靠性(Reliability)测试:

  老化寿命测试:高温(约50-60度)及长时间(约8-24小时)满载测试。

  *其他测试:

  ·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ESD脉波下,

  待测物之每个表面区域应执行连续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,於ESD放电电压在高达25KV下,应不致造成元件故障(Failure)。

  ·EFT:Electrical Fast Transient or burst一串切换杂讯经由电源线或I/O线路之传导性干扰(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影响

  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值(115Vac或230Vac),并且将输出电流设定为正常值或满载电流,然後以数字电压表测量电源供应器的输出电压值并调整其电位器(VR)直到电压读值位於要求之范围内。

  电源调整率:

  电源调整率的定义为电源供应器於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最恶劣之电源电压环境下,如夏天之中午(因气温高,用电需求量最大)其电源电压最低;又如冬天之晚上(因气温低,用电需求量最小)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稳定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。

  ·一个均方根值交流电压表来测量输入电源电压,众多的数字功率计能精确计量V A W PF。

  ·一个精密直流电压表,具备至少高於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:於待测电源供应器以正常输入电压及负载状况下热机稳定後,分别於低输入电压(Min),正常输入电压(Normal),及高输入电压(Max)下测量并记录其输出电压值。

  电源调整率通常以一正常之固定负载(Nominal Load)下,由输入电压变化所造成其输出电压偏差率(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方式表示之:於输入电压变化下,其输出电压之偏差量须於规定之上下限范围内,即输出电压之上下限绝对值以内。
负载调整率的定义为开关电源於输出负载电流变化时,提供其稳定输出电压的能力。此项测试系用来验证电源在最恶劣之负载环境下,如个人电脑内装置最少之外设卡且硬盘均不动作(因负载最少,用电需求量最小)其负载电流最低和个人电脑内装置最多之外设卡且硬盘在动作(因负载最多,用电需求量最大)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稳定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:於待测电源供应器以正常输入电压及负载状况下热机稳定後,测量正常负载下之输出电压值,再分别於轻载(Min)、重载(Max)负载下,测量并记录其输出电压值(分别为Vmax与Vmin),负载调整率通常以正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) / V0(normal)

  负载调整率亦可用下列方式表示:於输出负载电流变化下,其输出电压之偏差量须於规定之

  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:

  综合调整率的定义为电源供应器於输入电压与输出负载电流变化时,提供其稳定输出电压的能力。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,可提供对电源供应器於改变输入电压与负载状况下更正确的性能验证。 综合调整率用下列方式表示:於输入电压与输出负载电流变化下,其输出电压之偏差量须於规定之上下限电压范围内(即输出电压之上下限绝对值以内)或某一百分比界限内。

  输出杂讯(PARD):

  输出杂讯(PARD)系指於输入电压与输出负载电流均不变的情况下,其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後的直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、高於20 KHz之高频切换信号及其谐波,再与其他之随机性信号所组成)),通常以mVp-p峰对峰值电压为单位来表示。 一般的开关电源的规格均以输出直流输出电压的1%以内为输出杂讯之规格,其频宽为20Hz到20MHz(或其他更高之频宽如100MHz等)。 开关电源实际工作时最恶劣的状况(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後之输出瞬时电压,仍能够维持稳定的输出电压不超过输出高低电压界限情形,否则将可能会导致电源电压超过或低於逻辑电路(如TTL电路)之承受电源电压而误动作,进一步造成死机现象。

  例如5V输出,其输出杂讯要求为50mV以内(此时包含电源调整率、负载调整率、动态负载等其他所有变动,其输出瞬时电压应介於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匹配,为避免导线上产生不必要的干扰、振铃和驻波,一般都采用双同轴电缆并以50Ω於其端点上,并使用差动式量测方法(可避免地回路之杂讯电流),来获得正确的测量结果。

  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:

[1] [2]

关键字:开关电源  测试项目

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/0405/article_18016.html
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