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開(kāi)關(guān)電源的測(cè)試 良好的開(kāi)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(zhǎng)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(cè)試)、及其他之特定需求等.開(kāi)關(guān)電源包括下列之型式:?AC-DC:如個(gè)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(dòng)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(hào)電源?AC-AC:如交流電源變壓器、變頻器、UPS不間斷電源開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)、制造及品質(zhì)管理等測(cè)試需要精密的電子儀器設(shè)備來(lái)模擬電源供應(yīng)器實(shí)際工作時(shí)之各項(xiàng)特性(亦即為各項(xiàng)規(guī)格),并驗(yàn)證能否通過(guò).開(kāi)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(cè)試儀器才能符合眾多不同規(guī)格之需求.電氣性能(ElectricalSpecifications)測(cè)試當(dāng)驗(yàn)證電源供應(yīng)器的品質(zhì)時(shí),下列為一般的功能性測(cè)試項(xiàng)目,詳細(xì)說(shuō)明如下:一、功能(Functions)測(cè)試:?輸出電壓調(diào)整(Hold-onVoltageAdjust)?電源調(diào)整率(LineRegulation)?負(fù)載調(diào)整率(LoadRegulation)?綜合調(diào)整率(ConmineRegulation)?輸出漣波及雜訊(OutputRipple&Noise,RARD)?輸入功率及效率(InputPower,Efficiency)?動(dòng)態(tài)負(fù)載或暫態(tài)負(fù)載(DynamicorTransientResponse)?電源良好/失效(PowerGood/Fail)時(shí)間?起動(dòng)(Set-Up)及保持(Hold-Up)時(shí)間常規(guī)功能(Functions)測(cè)試A.輸出電壓調(diào)整: 當(dāng)制造開(kāi)關(guān)電源時(shí),第一個(gè)測(cè)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(shí),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(cè)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(shí)提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力.此項(xiàng)測(cè)試系用來(lái)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(gè)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(cè)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(cè)電源供應(yīng)器的最低到最高之輸入電壓范圍,(KIKUSUIPCR系列電源能提供0--300VAC5-1000Hz的穩(wěn)定交流電源,0---400VDC的直流電源).?一個(gè)均方根值交流電壓表來(lái)測(cè)量輸入電源電壓,眾多的數(shù)字功率計(jì)能精確計(jì)量VAWPF.?一個(gè)精密直流電壓表,具備至少高于待測(cè)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(cè)物輸出的可變電子負(fù)載.*測(cè)試步驟如下:于待測(cè)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(cè)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(NominalLoad)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(duì)值以內(nèi).C.負(fù)載調(diào)整率: 負(fù)載調(diào)整率的定義為開(kāi)關(guān)電源于輸出負(fù)載電流變化時(shí),提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力.此項(xiàng)測(cè)試系用來(lái)驗(yàn)證電源在最惡劣之負(fù)載環(huán)境下,如個(gè)人電腦內(nèi)裝置最少之外設(shè)卡且硬盤均不動(dòng)作(因負(fù)載最少,用電需求量最小)其負(fù)載電流最低和個(gè)人電腦內(nèi)裝置最多之外設(shè)卡且硬盤在動(dòng)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(gè)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(cè)電源供應(yīng)器的輸出串聯(lián).示:測(cè)試步驟如下:于待測(cè)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(cè)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(cè)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(duì)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(shí),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(cè)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(duì)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(duì)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(guò)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(hào)、高于20KHz之高頻切換信號(hào)及其諧波,再與其它之隨機(jī)性信號(hào)所組成)),通常以mVp-p峰對(duì)峰值電壓為單位來(lái)表示.一般的開(kāi)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(kāi)關(guān)電源實(shí)際工作時(shí)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(shí)電壓,仍能夠維持穩(wěn)定的輸出電壓不超過(guò)輸出高低電壓界限情形,否則將可能會(huì)導(dǎo)致電源電壓超過(guò)或低于邏輯電路(如TTL電路)之承受電源電壓而誤動(dòng)作,進(jìn)一步造成死機(jī)現(xiàn)象.例如5V輸出,其輸出雜訊要求為50mV以內(nèi)(此時(shí)包含電源調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率、動(dòng)態(tài)負(fù)載等其它所有變動(dòng),其輸出瞬時(shí)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(dòng)作).在測(cè)量輸出雜訊時(shí),電子負(fù)載的PARD必須比待測(cè)之電源供應(yīng)器的PARD值為低,才不會(huì)影響輸出雜訊之測(cè)量.同時(shí)測(cè)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(dòng)式量測(cè)方法(可避免地回路之雜訊電流),來(lái)獲得正確的測(cè)量結(jié)果,日本計(jì)測(cè)KEISOKUGEIKEN的PARD測(cè)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: TruePower=Pav(watt)=V1Aidt=VrmsxArmsxPowerFactor即為對(duì)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(PowerFactor),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(shí),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: ΣVoutxlout/TruePower(watts)即為輸出直流功率之總和與輸入功率之比值.通常個(gè)人電腦用電源供應(yīng)器之效率為65%~80%左右.效率提供對(duì)電源供應(yīng)器正確工作的驗(yàn)證,若效率超過(guò)規(guī)定范圍,即表示設(shè)計(jì)或零件材料上有問(wèn)題,效率太低時(shí)會(huì)導(dǎo)致散熱增加而影響其使用壽命.由于近年來(lái)對(duì)于環(huán)保及能源消耗愈來(lái)愈重視,如電腦能源之星「EnergyStar」對(duì)開(kāi)關(guān)電源之要求:于交流輸入功率為30Wrms時(shí),其效率需為60%以上(即此時(shí)直流輸出功率必須高于18W);又對(duì)于ATX架構(gòu)開(kāi)關(guān)電源于直流失能(DCDisable)狀態(tài)其輸入功率應(yīng)不大于5W.因此交流功率測(cè)試儀表需要既精確又范圍寬廣,才能合乎此項(xiàng)測(cè)試之需求.G.動(dòng)態(tài)負(fù)載或暫態(tài)負(fù)載 一個(gè)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(duì)負(fù)載電流變化時(shí)的反應(yīng).若控制回路輸入與輸出之相移于增益(UnityGain)為1時(shí),超過(guò)180度,則電源供應(yīng)器之輸出便會(huì)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(shí)的負(fù)載電流也是動(dòng)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(dòng)作等),因此動(dòng)態(tài)負(fù)載測(cè)試對(duì)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(lái)模擬電源供應(yīng)器實(shí)際工作時(shí)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(guò)高激(Overshoot)或過(guò)低(Undershoot)情形,否則會(huì)導(dǎo)致電源之輸出電壓超過(guò)負(fù)載組件(如TTL電路其輸出瞬時(shí)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(dòng)作)之承受電源電壓而誤動(dòng)作,進(jìn)一步造成死機(jī)現(xiàn)象.H.電源良好/失效時(shí)間(PowerGood、PowerFail或Pok) 電源良好信號(hào),簡(jiǎn)稱PGS(PowerGoodSignal或PokHigh),是電源送往電腦系統(tǒng)的信號(hào),當(dāng)其輸出電壓穩(wěn)定后,通知電腦系統(tǒng),以便做開(kāi)機(jī)程序之C而電源失效信號(hào)(PowerFail或PokLow)是電源供應(yīng)器表示其輸出電壓尚未達(dá)到或下降超過(guò)于一正常工作之情況.以上通常由一「PGS」或「Pok」信號(hào)之邏輯改變來(lái)表示,邏輯為「1或High」時(shí),表示為電源良好(PowerGood),而邏輯為「0或Low」時(shí),表示為電源失效(PowerFail),請(qǐng)叁考圖5之時(shí)序圖:電源的電源良好(PowerGood)時(shí)間為從其輸出電壓穩(wěn)定時(shí)起到PGS信號(hào)由0變?yōu)?的時(shí)間,一般值為100ms到2000ms之間.電源的電源失效(PowerFail)時(shí)間為從PGS信號(hào)由由1變?yōu)?的時(shí)間起到其輸出電壓低于穩(wěn)壓范圍的時(shí)間,一般值為1ms以上.日本計(jì)測(cè)KEISOKUGEIKEN的電子負(fù)載可直接測(cè)量電源良好與電源失效時(shí)間,并可設(shè)定上下限,做為是否合格的判別.I.啟動(dòng)時(shí)間(Set-UpTime)與保持時(shí)間(Hold-UpTime) 啟動(dòng)時(shí)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(shí)間,以一輸出為5V的電源供應(yīng)器為例,啟動(dòng)時(shí)間為從電源開(kāi)機(jī)起到輸出電壓達(dá)到4.75V為止的時(shí)間. 保持時(shí)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(shí)間,以一輸出為5V的電源供應(yīng)器為例,保持時(shí)間為從關(guān)機(jī)起到輸出電壓低于4.75V為止的時(shí)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(dòng)時(shí)間與保持時(shí)間的時(shí)序如圖6所示.I.其它?PowerUpdelay:+5/3.3V的上升時(shí)間(由10%上升到90%電壓之時(shí)間)?RemoteON/OFFControl:遙控「開(kāi)」或「關(guān)」之控制?FanSpeedControl/Monitor:散熱風(fēng)扇之轉(zhuǎn)速「控制」及「監(jiān)視」二、保護(hù)動(dòng)作(Protections)測(cè)試:?過(guò)電壓保護(hù)(OVP,OverVoltageProtection)?短路保護(hù)(Short)?過(guò)電流保護(hù)(OCP,OverCurrentProtection)?過(guò)功率保護(hù)(OPP,OverPowerProtection)保護(hù)功能測(cè)試A.過(guò)電壓保護(hù)(OVP)測(cè)試 當(dāng)電源供應(yīng)器的輸出電壓超過(guò)其最大的限定電壓時(shí),會(huì)將其輸出關(guān)閉(Shutdown)以避免損壞負(fù)載之電路組件,稱為過(guò)電壓保護(hù).過(guò)電壓保護(hù)測(cè)試系用來(lái)驗(yàn)證電源供應(yīng)器當(dāng)出現(xiàn)上述異常狀況時(shí)(當(dāng)電源供應(yīng)器內(nèi)部之回授控制電路或零件損壞時(shí),有可能產(chǎn)生異常之輸出高電壓),能否正確地反應(yīng).過(guò)電壓保護(hù)功能對(duì)于一些對(duì)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(guò)其額定值時(shí),會(huì)導(dǎo)致永久性的損壞,因而損失慘重.電源供應(yīng)器于過(guò)電壓情形發(fā)生時(shí),其輸出電壓波形如圖7所示.B.短路保護(hù)測(cè)試 當(dāng)電源供應(yīng)器的輸出短路時(shí),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(cè)試是驗(yàn)證當(dāng)輸出短路時(shí)(可能是配線連接錯(cuò)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(guò)電流保護(hù)OCP測(cè)試 當(dāng)電源供應(yīng)器的輸出電流超過(guò)額定時(shí),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(guò)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(shí),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(xiǎn).過(guò)電流保護(hù)測(cè)試是驗(yàn)證當(dāng)上述任一種狀況發(fā)生時(shí),電源供應(yīng)器能否正確地反應(yīng).D.過(guò)功率保護(hù)OPP測(cè)試 當(dāng)電源的輸出功率(可為單一輸出或多組輸出)超過(guò)額定時(shí),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(guò)大而損壞或發(fā)生危險(xiǎn).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(shí),則電源也應(yīng)該關(guān)閉或限制其輸出,以避免損壞.過(guò)功率保護(hù)測(cè)試是驗(yàn)證當(dāng)上述任一種狀況發(fā)生時(shí),電源能否正確地反應(yīng).本項(xiàng)測(cè)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(cè)試(OVP、OCP、Short等)稍具變化.三、安全(Safety)規(guī)格測(cè)試:?輸入電流、漏電電流等?耐壓絕緣:電源輸入對(duì)地,電源輸出對(duì)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(xiǎn).?變壓輸出特性:開(kāi)路、短路及最大伏安(VA)輸出四、異常測(cè)試:散熱風(fēng)扇停轉(zhuǎn)、電壓選擇開(kāi)關(guān)設(shè)定錯(cuò)誤五、電磁兼容(ElectromagneticCompliance)測(cè)試:電源供應(yīng)器需符合CISPR22、CLASSB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(cè)試:每個(gè)輸出為空載、每個(gè)輸出為50%負(fù)載、每個(gè)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(chǎng)之幅射性干擾/免疫六、可靠性(Reliability)測(cè)試:老化壽命測(cè)試:高溫(約50-60度)及長(zhǎng)時(shí)間(約8-24小時(shí))滿載測(cè)試.七、其它測(cè)試:?ESD:ElectrostaticDischarge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(cè)物之每個(gè)表面區(qū)域應(yīng)執(zhí)行連續(xù)20次的靜電放電測(cè)試,電源供應(yīng)器之輸出需繼續(xù)工作而不會(huì)產(chǎn)生突波(Glitch)或中斷(Interrupt),直接ESD接觸時(shí)不應(yīng)造成過(guò)激(Overshoot)或欠激(Undershoot)之超過(guò)穩(wěn)壓范圍的狀況、及過(guò)電壓保護(hù)(OVP)、過(guò)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:ElectricalFastTransientorburst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(dòng)引起).?VD/I:DipsandInterrupts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(guò)載或空氣開(kāi)關(guān)跳動(dòng)所引起)?Inrush:開(kāi)機(jī)輸入沖擊電流,開(kāi)關(guān)電源對(duì)供電系統(tǒng)的影響.