開關(guān)電源的測試參數(shù)

開關(guān)電源的測試參數(shù)

良好的開關(guān)電源必須符合所有功能規(guī)格、保護(hù)特性、安全規(guī)范（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(dǎo)與幅射干擾）、可靠性（如老化壽命測試）、及其他之特定需求等。

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、傳真機(jī)、充電器)

•DC-DC：如可攜帶式產(chǎn)品(移動電話、筆計(jì)本電腦、攝影機(jī)，通信交換機(jī)二次電源)

•DC-AC：如車用轉(zhuǎn)換器(12V～115/230V) 、通信交換機(jī)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(jì)、制造及品質(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(yīng)器實(shí)際工作時之各項(xiàng)特性(亦即為各項(xiàng)規(guī)格)，并驗(yàn)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、及正負(fù)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(dāng)驗(yàn)證電源供應(yīng)器的品質(zhì)時，下列為一般的功能性測試項(xiàng)目，詳細(xì)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(fù)載調(diào)整率(Load Regulation)

•綜合調(diào)整率(Conmine Regulation)

•輸出漣波及雜訊(Output Ripple & Noise, RARD)

•輸入功率及效率(Input Power, Efficiency)

•動態(tài)負(fù)載或暫態(tài)負(fù)載(Dynamic or Transient Response)

•電源良好/失效(Power Good/Fail)時間

•起動(Set-Up)及保持(Hold-Up)時間

常規(guī)功能(Functions)測試

A. 輸出電壓調(diào)整：
   
當(dāng)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)格范圍內(nèi)。此步驟完成后才能確保后續(xù)的規(guī)格能夠符合。 通常，當(dāng)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)定為正常值或滿載電流，然后以數(shù)字電壓表測量電源供應(yīng)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范圍內(nèi)。

B. 電源調(diào)整率：
   
電源調(diào)整率的定義為電源供應(yīng)器于輸入電壓變化時提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。此項(xiàng)測試系用來驗(yàn)證電源供應(yīng)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(yàn)證電源供應(yīng)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(yīng)器的最低到最高之輸入電壓范圍，（KIKUSUI PCR系列電源能提供0--300VAC 5-1000Hz 的穩(wěn)定交流電源，0---400V 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(jì)能精確計(jì)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(yīng)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(fù)載。

* 測試步驟如下：于待測電源供應(yīng)器以正常輸入電壓及負(fù)載狀況下熱機(jī)穩(wěn)定后，分別于低輸入電壓(Min)，正常輸入電壓(Normal)，及高輸入電壓(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(fù)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(max)-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)定之上下限范圍內(nèi)，即輸出電壓之上下限絕對值以內(nèi)。

C. 負(fù)載調(diào)整率：
   
負(fù)載調(diào)整率的定義為開關(guān)電源于輸出負(fù)載電流變化時，提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。此項(xiàng)測試系用來驗(yàn)證電源在最惡劣之負(fù)載環(huán)境下，如個人電腦內(nèi)裝置最少之外設(shè)卡且硬盤均不動作(因負(fù)載最少，用電需求量最小)其負(fù)載電流最低和個人電腦內(nèi)裝置最多之外設(shè)卡且硬盤在動作(因負(fù)載最多，用電需求量最大)其負(fù)載電流最高的兩個極端下驗(yàn)證電源供應(yīng)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待測電源供應(yīng)器的輸出串聯(lián)。示：

測試步驟如下：于待測電源供應(yīng)器以正常輸入電壓及負(fù)載狀況下熱機(jī)穩(wěn)定后，測量正常負(fù)載下之輸出電壓值，再分別于輕載(Min)、重載(Max)負(fù)載下，測量并記錄其輸出電壓值(分別為Vmax與Vmin)，負(fù)載調(diào)整率通常以正常之固定輸入電壓下，由負(fù)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(fù)載調(diào)整率亦可用下列方式表示：于輸出負(fù)載電流變化下，其輸出電壓之偏差量須于規(guī)定之上下限電壓范圍內(nèi)，即輸出電壓之上下限絕對值以內(nèi)。

D. 綜合調(diào)整率：
   
綜合調(diào)整率的定義為電源供應(yīng)器于輸入電壓與輸出負(fù)載電流變化時，提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。這是電源調(diào)整率與負(fù)載調(diào)整率的綜合，此項(xiàng)測試系為上述電源調(diào)整率與負(fù)載調(diào)整率的綜合，可提供對電源供應(yīng)器于改變輸入電壓與負(fù)載狀況下更正確的性能驗(yàn)證。 綜合調(diào)整率用下列方式表示：于輸入電壓與輸出負(fù)載電流變化下，其輸出電壓之偏差量須于規(guī)定之上下限電壓范圍內(nèi)(即輸出電壓之上下限絕對值以內(nèi))或某一百分比界限內(nèi)。

E. 輸出雜訊(PARD)：
   
輸出雜訊(PARD)系指于輸入電壓與輸出負(fù)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(jī)性偏差量的電壓值。輸出雜訊是表示在經(jīng)過穩(wěn)壓及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之高頻切換信號及其諧波，再與其它之隨機(jī)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%以內(nèi)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(shí)際工作時最惡劣的狀況(如輸出負(fù)載電流最大、輸入電源電壓最低等)，若電源供應(yīng)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(dǎo)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(jìn)一步造成死機(jī)現(xiàn)象。[!--empirenews.page--]

例如5V輸出，其輸出雜訊要求為50mV以內(nèi)(此時包含電源調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率、動態(tài)負(fù)載等其它所有變動，其輸出瞬時電壓應(yīng)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(fù)載的PARD必須比待測之電源供應(yīng)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及阻抗匹配，為避免導(dǎo)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50Ω于其端點(diǎn)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(jì)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(yīng)器的輸入功率之定義為以下之公式：
     
True Power = Pav(watt) = V1 Ai dt = Vrms x Arms x Power Factor

即為對一周期內(nèi)其輸入電壓與電流乘積之積分值，需注意的是Watt≠VrmsArms而是Watt=VrmsArmsxP.F.，其中P.F.為功率因素(Power Factor)，通常電源供應(yīng)器的功率因素在0.6～0.7左右，而大功率之電源供應(yīng)器具備功率因素校正器者，其功率因素通常大于0.95，當(dāng)輸入電流波形與電壓波形完全相同時，功率因素為1，并依其不相同之程度，其功率因素為1～0之間。

電源供應(yīng)器的效率之定義為：
       
ΣVout 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(yīng)器之效率為65%～80%左右。效率提供對電源供應(yīng)器正確工作的驗(yàn)證，若效率超過規(guī)定范圍，即表示設(shè)計(jì)或零件材料上有問題，效率太低時會導(dǎo)致散熱增加而影響其使用壽命。 由于近年來對于環(huán)保及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(yīng)不大于5W。因此交流功率測試儀表需要既精確又范圍寬廣，才能合乎此項(xiàng)測試之需求。

G. 動態(tài)負(fù)載或暫態(tài)負(fù)載
   
一個定電壓輸出的電源，于設(shè)計(jì)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(shí)際上反饋控制回路有一定的頻寬，因此限制了電源供應(yīng)器對負(fù)載電流變化時的反應(yīng)。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(yīng)器之輸出便會呈現(xiàn)不穩(wěn)定、失控或振蕩之現(xiàn)象。實(shí)際上，電源供應(yīng)器工作時的負(fù)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(fù)載測試對電源供應(yīng)器而言是極為重要的。可編程序電子負(fù)載可用來模擬電源供應(yīng)器實(shí)際工作時最惡劣的負(fù)載情況，如負(fù)載電流迅速上升、下降之斜率、周期等，若電源供應(yīng)器在惡劣負(fù)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(dǎo)致電源之輸出電壓超過負(fù)載組件(如TTL電路其輸出瞬時電壓應(yīng)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(jìn)一步造成死機(jī)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(dāng)其輸出電壓穩(wěn)定后，通知電腦系統(tǒng)，以便做開機(jī)程序之 C 而電源失效信號(Power Fail或Pok Low)是電源供應(yīng)器表示其輸出電壓尚未達(dá)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(Power 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)壓范圍的時間，一般值為1ms以上。日本計(jì)測KEISOKU GEIKEN 的電子負(fù)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(yīng)器從輸入接上電源起到其輸出電壓上升到穩(wěn)壓范圍內(nèi)為止的時間，以一輸出為5V的電源供應(yīng)器為例，啟動時間為從電源開機(jī)起到輸出電壓達(dá)到4.75V為止的時間。
   
保持時間為電源供應(yīng)器從輸入切斷電源起到其輸出電壓下降到穩(wěn)壓范圍外為止的時間，以一輸出為5V的電源供應(yīng)器為例，保持時間為從關(guān)機(jī)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/Monitor：散熱風(fēng)扇之轉(zhuǎn)速「控制」及「監(jiān)視」

二、保護(hù)動作(Protections)測試：

•過電壓保護(hù)(OVP, Over Voltage Protection)

•短路保護(hù)(Short)

•過電流保護(hù)(OCP, Over Current Protection)

•過功率保護(hù)(OPP, Over Power Protection)

保護(hù)功能測試

A. 過電壓保護(hù)(OVP)測試

當(dāng)電源供應(yīng)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(fù)載之電路組件，稱為過電壓保護(hù)。過電壓保護(hù)測試系用來驗(yàn)證電源供應(yīng)器當(dāng)出現(xiàn)上述異常狀況時(當(dāng)電源供應(yīng)器內(nèi)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)，能否正確地反應(yīng)。 過電壓保護(hù)功能對于一些對電壓敏感的負(fù)載特別重要，如CPU、記憶體、邏輯電路等，因?yàn)檫@些貴重組件若因工作電壓太高，超過其額定值時，會導(dǎo)致永久性的損壞，因而損失慘重。電源供應(yīng)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(hù)測試
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當(dāng)電源供應(yīng)器的輸出短路時，則電源供應(yīng)器應(yīng)該限制其輸出電流或關(guān)閉其輸出，以避免損壞。短路保護(hù)測試是驗(yàn)證當(dāng)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(yīng)器能否正確地反應(yīng)。

C. 過電流保護(hù)OCP測試
     
當(dāng)電源供應(yīng)器的輸出電流超過額定時，則電源供應(yīng)器應(yīng)該限制其輸出電流或關(guān)閉其輸出，以避免負(fù)載電流過大而損壞。又若電源供應(yīng)器之內(nèi)部零件損壞而造成較正常大的負(fù)載電流時，則電源供應(yīng)器也應(yīng)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(hù)測試是驗(yàn)證當(dāng)上述任一種狀況發(fā)生時，電源供應(yīng)器能否正確地反應(yīng)。

D. 測試過功保護(hù)
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稍具變化。等、、本項(xiàng)測試通常包含兩組或數(shù)組輸出功率之功率限制保護(hù)，因此較上述單一輸出之保護(hù)測試過功率保護(hù)測試是驗(yàn)證當(dāng)上述任一種狀況發(fā)生時，電源能否正確地反應(yīng)。超過額定時，則電源應(yīng)該限制其輸出功率或關(guān)閉其輸出，以避免負(fù)載功率過大而損壞或發(fā)生危險。又若電源內(nèi)部零件損壞而造成較正常大的負(fù)載功率時，則電源也應(yīng)該關(guān)閉或限制其輸出，以避免損壞。可為單一輸出或多組輸出當(dāng)電源的輸出功率

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)格內(nèi)。

•機(jī)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、短路及最大伏安(VA)輸出

四、異常測試：散熱風(fēng)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：

電源供應(yīng)器需符合CISPR 22、CLASS B之傳導(dǎo)與幅射的4dB馀裕度，電源供應(yīng)器需在以下三種負(fù)載狀況下測試：

每個輸出為空載、每個輸出為50%負(fù)載、每個輸出為100%負(fù)載。

•傳導(dǎo)干擾/免疫：經(jīng)由電源線之傳導(dǎo)性干擾/免疫

•幅射干擾/免疫：經(jīng)由磁場之幅射性干擾/免疫

六、 可靠性(Reliability)測試：

老化壽命測試：高溫(約50-60度)及長時間(約8-24小時)滿載測試。

七、其它測試：

•ESD：Electrostatic Discharge靜電放電(人或物體經(jīng)由直接接觸或間隔放電引起)在2-15KV之ESD脈波下，

待測物之每個表面區(qū)域應(yīng)執(zhí)行連續(xù)20次的靜電放電測試，電源供應(yīng)器之輸出需繼續(xù)工作而不會產(chǎn)生突波(Glitch)

或中斷(Interrupt)，直接ESD接觸時不應(yīng)造成過激(Overshoot)或欠激(Undershoot)之超過穩(wěn)壓范圍的狀況、及過電壓保護(hù)(OVP)、過電流保護(hù)(OCP)等。另外，于ESD放電電壓在高達(dá)25KV下，應(yīng)不致造成組件故障(Failure)。

•EFT：Electrical Fast Transient or burst一串切換雜訊經(jīng)由電源線或I/O線路之傳導(dǎo)性干擾(由供電或建筑物內(nèi)引起)。

•Surge：經(jīng)由電源線之高能量暫態(tài)雜訊干擾(電燈之閃動引起)。

•VD/I：Dips and Interrupts電源電壓下降或中斷(電力分配系統(tǒng)之故障或失誤所引起，例如供電過載或空氣開關(guān)跳動所引起)

•Inrush: 開機(jī)輸入沖擊電流，開關(guān)電源對供電系統(tǒng)的影響。