电源参数指标及测试方法.ppt

电源指标参数及测试方法 北京化工大学电力电子实验室崔玉龙 电源参数指标及测试方法 稳态性能指标动态性能指标抗干扰 电磁兼容 性能指标交流稳压电源的其他项目集成稳压器的主要技术参数补充概念电源性能基本参数的测试方法 稳态性能指标 1 1源电压范围交流稳压电源并不是在任何交流电压输入的情况下都能使输出电压稳定 而是有一个适应范围 一般情况下要求输入电压在额定值的 15 10 范围内变化 也有的要求适应范围更大一些 稳态性能指标 1 1源电压范围源电压范围的测试条件 除电源以外的其他量应符合基准条件 被测电源输出电压的变化量应满足源电压效应 被测的量是源电压的最低值与最高值 稳态性能指标 1 2源电压效应输入电压的变化而引起输出量变化的效应 除了源电压以外的其他量应该符合基准条件的 改变量是源电压 被测量是输出电压的稳态值 输出电压的最大变化量 输出电压往上或往下调节时 变化的最大值 输出电压额定值 稳态性能指标 1 3负载效应 负载调整率 仅由负载的变化引起输出量变化的效应 改变量是负载 被测量是输出电压的稳态值 负载电流取0 50 50 100 由小到大 再由大到小 测试输出电压的变化量 其中为由于负载的变化引起输出电压变化的最大值 这个值越小越好 是衡量交流稳压电源性能的一个重要指标 稳态性能指标 1 4输出电压相对谐波含量输出电压相对谐波含量 亦称失真度 定义为谐波含量的有效值与非正弦周期函数的总有效值之比 当负载为额定值情况下 源电压的失真度应小于3 在源电压为最低值 额定值和最高值时测量输出电压的失真度 取其最大者 这个值也是越小越好 稳态性能指标 1 5效率这也是交流稳压电源的一项重要指标 定义为是所有的影响量均在基准条件下 输出的有功功率与输入的有功功率之比 百分数 即 稳态性能指标 1 5效率当输入和输出电压 电流为正弦波时 也可定义如下 输出电压 电流的有效值及二者相位差 输入电压 电流的有效值及二者相位差 电源整机的效率当然是越高越好 效率较高时表示节约电能 还可以较少机内温升 从而提高电源设备的工作可靠性 稳态性能指标 1 6负载功率因数交流稳压电源 一般都用伏安或者千伏安值来表示 原因是负载中除纯电阻性负载外 还有感性和容性负载 即负载中除有功功率外 还有无功功率 这个指标反映了交流稳压电源带感性及容性负载的能力 稳态性能指标 1 6负载功率因数P 用功功率 Q 无功功率 输出电压与电流之间的相位差负载功率因数小些好 表示电源设备适应点抗性负载的能力较强 动态性能指标 动态性能 亦称瞬变性能 反映输入电压或负载电流突然变化时 含往上和往下阶跃 输出电压的响应程度 动态性能指标 2 1源电源阶跃性能指标的测量突然改变源电源 一般由额定值突升5 10 和突降5 10 观察输出电压的最大过冲幅值和瞬态总恢复时间 亦称响应时间 过冲幅值是由输出电压额定值 一般观察峰值点 至上冲总量的差值 取绝对值 此值越小越好 一般交流稳压电源不应超过40V 总恢复时间是指从阶跃量作用时刻算起至输出电压峰值恢复到额定情况为止的时间 此值越小越好 一般交流稳压电源不应超过200ms 动态性能指标 2 2负载阶跃性能指标的测量突然改变负载电流 一般由输出电流额定值的30 50 突升和突降 再做额定值的80 100 的突升和突降 为了简单起见 也可以做由空载至半截的突升和突降后再做半载至满载的突升和突降 观察输出电压的最大过冲幅值和总恢复时间 过冲幅值及恢复时间计算方法与电压阶跃情况相同 一般交流稳压电源的要求值 也分为40V和20ms 抗干扰 电磁兼容 性能指标 3 1电源静态敏感度试验使输入电源电压从比额定值高10 瞬变到高30 然后从比额定值低10 瞬变到低30 在次瞬变过程中 被试电源设备的性能允许暂时地降低 但在瞬变过程结束后经过30s工作 应能自行恢复到符合技术条件所需要的正常工作状态 抗干扰 电磁兼容 性能指标 3 2传导干扰试验使电源设备工作在额定条件下 利用电磁干扰测量仪进行测试 抗干扰 电磁兼容 性能指标 3 3重复脉冲敏感度试验重复脉冲敏感度 亦称尖峰干扰抑制能力 试验利用尖峰干扰模拟器进行测试 一般情况下 以1KW负载为测试条件 低于1KW的产品取标称功率 以叠加在输入电源上的电压为500 4000V 宽度为10 s的尖峰脉冲进行测试 观察被测电源设备输出端的残余脉冲电压 用对应输入尖峰脉冲的开路电压值 或衰减比 来表示 抗干扰 电磁兼容 性能指标 3 4电源快速瞬变脉冲群敏感度试验电源快速瞬变脉冲群敏感度试验 亦称脉冲串 利用脉冲群干扰模拟器进行测试 要求脉冲群持续时间为15ms 周期为300ms 脉冲群中的单个脉冲宽度为50 s 脉冲幅值为500 4000V 抗干扰 电磁兼容 性能指标 3 5电源静态敏感度试验使输入电源电压从比额定值高10 瞬变到高30 然后从比额定值低10 瞬变到低30 在此瞬变过程中 被试电源设备的性能允许暂时地降低 但在瞬变过程结束后经过30s工作 应能自行恢复到符合技术条件所需要的正常工作状态 交流稳压电源的其他项目 4 1安全指标一般有绝缘电阻 耐压 泄露电流3个项目 各项目的测试应采用专用仪器 还有发热 爬电距离及电气间隙等项 交流稳压电源的其他项目 4 2可靠性指标可靠性指标用平均无故障时间MTBF 亦称平均故障间隔时间 来表示 它有专门的试验和计算方法 交流稳压电源的其他项目 4 3环境指标包括温度 湿度 振动 冲击 运输等项目试验 交流稳压电源的其他项目 4 4其他指标各种保护 报警显示 监控以及过载能力 工作海拔高度 外形尺寸 质量等项目 集成稳压器的主要技术参数 5 1电压调整率 线性调整率 当负载不变 输入电压变化时 维持输出电压不变的能力叫电压调整率 常用的是单位输出电压下的输出电压的变化量与输入电压的变化率之比 百分比属表示为 集成稳压器的主要技术参数 5 2电流调整率 负载调整率 当输入电压保持不变而负载电流在规定范围内变化 输出电压相对变化的百分比 集成稳压器的主要技术参数 5 3纹波抑制比当直流输入和输出条件保持不变 测得输入纹波电压峰值与输出纹波电压峰值之比分贝数 集成稳压器的主要技术参数 5 4纹波电流或电压纹波电流或电压是指的电流的中的高次谐波成分 会带来电流或电压幅值的变化 可能导致击穿 由于是交流成分 会在电容上发生耗散 如果电流的纹波成分过大 超过了电容的最大容许纹波电流 会导致电容烧毁 集成稳压器的主要技术参数 5 5纹波系数纹波系数 简单的说 就是直流电压中的交流成分的峰峰值 集成稳压器的主要技术参数 5 6输出噪声电压稳压集成电路内部的电路如基准电源 误差放大器等的噪声会从稳压集成电路的输出端输出 在规定的直流输入电压下 其输出噪声电压的均方根值即为输出噪声电压 集成稳压器的主要技术参数 5 7输出阻抗单位负载电流变化引起所引起的输出电压的变化量即为输出阻抗 集成稳压器的主要技术参数 5 8输出电压温度系统表示稳压电路随环境温度变化时输出电压变化情况 定义为在工作温度范围内 当输入电压和负载电流保持不变时 单位温度变化引起的输出电压变化量 集成稳压器的主要技术参数 5 9最大输入电压能够保证稳压电路能够安全工作的最大输入电压瞬时值 集成稳压器的主要技术参数 5 10输出电压对固定稳压电路为额定的输出电压值 对可调稳压器有一个输出电压范围 其最小输出电压一般等于其基准电压值 最大输出电压则等于稳压电路最大输入电压减去它的最小输入的电压差 集成稳压器的主要技术参数 5 11输出电压偏差对固定输出稳压电路 其输出电压与固定标称值之间的偏差 其偏差应在允许范围内 集成稳压器的主要技术参数 5 12最小输入电压能保证稳压电路输出电压稳定的最小输入电压值 集成稳压器的主要技术参数 5 13静态电流和静态电流变化量输入电源电压下 维持集成稳压电路内部电路正常的工作电流称为静态电流 该电流随输入电压变化或输出电流变化而变化 此变化量称为静态电流变化量 集成稳压器的主要技术参数 5 14最大输出电流稳压器能保持输出电压不变的最大输出电流 集成稳压器的主要技术参数 5 15调整端电流和调整端电流变化量可调集成稳压电路特有的工作参数 集成稳压器的主要技术参数 5 16最大输入输出电压差能够保证稳压器正常工作的最大的输入电压与输出电压之间的差 集成稳压器的主要技术参数 5 17最小输出负载电流有些集成稳压电路要稳定工作就必须有一个最小负载电流流出 有些集成稳压器则不需要 集成稳压器的主要技术参数 5 18最大耗散功率稳压电路正常工作时所能承受的最大功耗 其功耗由稳压电路的内部功耗和调整管的功耗两部分组成 补充概念 6 1漏电流流经输入侧地线的电流 从安全考虑规定为0 5 1mA 补充概念 6 2纹波纹波是直流稳压电源输出端呈现交流成分的分量 用峰 峰值表示 一般为输出电压的0 5 以内 噪声是输出端呈现的除纹波以外频率的分量 也用峰 峰值表示 一般为输出电压的1 当噪声与纹波没有明确区分时 应该规定纹波与噪声的总合成值 多数场合中规定纹波与噪声的总合成值为输出电压的2 以内 补充概念 6 3线路调整率输入电压的波动范围与输出电压的波动范围之比 随着技术的发展 线路调整率不断提高 电源对电网的适应能力很重要 尤其是现在我国的电网相对来说还不太稳定 有时电网电压会有较大波动 补充概念 6 4过电流保护输出短路或过载时对电源或负载进行的保护 即为过电流保护 过电流的设定值一般为额定电流的110 130 但在不损坏电源与负载的前提下 不规定短路保护时的电流值的情况也很多 这种情况下电路一般为自动恢复型 补充概念 6 5过电压保护当输出端出现过大电压时对负载进行保护的功能 过电压保护值一般规定为额定输出电压的130 150 发生过电压时应使开关电源停止工作 并断开输出 一般可通过再接通输入电源或加复位信号 使开关电源恢复正常工作状态 补充概念 6 6欠压保护当输出电压低于规定值时为保护负载误动作 电压监测电路发出电源停止工作信号 并发出报警信号 补充概念 6 7过热保护因电源内部异常或使用方法不当而使电源温升超过规定值时 使电源停止工作 并发出警报信号 同时进行强制冷风 当冷却功能异常 部件温度超过规定使用部件最高温度时电源关闭 补充概念 6 8电磁传导干扰 EMI 任何一个合格的电器产品 都要对电磁传导干扰作一定的处理 这里包含两个方面的内容 一是防止外部电磁干扰的侵入 以免影响自身的工作 二是保证产品本身的电磁谐波不外泄到电网和周围环境 以免影响其他电器的正常工作 电源性能基本参数的测试方法 7 1交流稳压电源性能指标的测试方法7 1 1输入电压范围测试7 1 2负载效应测试7 1 3源电压效应测试7 1 4失真度测试7 2直流电源性能指标的测试方法7 2 1源效应测试7 3开关电源的纹波与噪声的测试方法7 4温度稳定性7 5其他性能指标的测试方法 7 1交流稳压电源性能指标的测试方法 7 1 1输入电压范围测试交流稳压电源输入电压从最小值 下限值 到最大值 上限值 之间的范围 通常用额定输入电压的百分数表示 在该范围内稳压电源应能保证输出额定电压 测试电路如图2 1表示 7 1电源性能基本参数的测试方法 7 1交流稳压电源性能指标的测试方法 7 1 1输入电压范围测试测试说明和要求调节交流调压器使交流稳压电源的输入和输出电压均为额定值 向低端调交流调压器的输出电压 交流稳压电源的输出电压应为额定值 继续降低交流调压器的输出电压 直到交流电源输出电压刚刚偏离稳压精度要求的电压值 此时 交流调压器的输出电压即为交流电源输入电压范围的下限值 向高端调交流调压器的输出电压 重读2的过程 确定交流稳压电源输入电压范围的上限值 上 下限值之间的范围 即为交流稳压电源输入电压范围 7 1交流稳压电源性能指标的测试方法 7 1 2负载效应测试交流稳压电源输入电压从最小值 下限值 到最大值 上限值 之间的范围 通常用额定输入电压的百分数表示 在该范围内稳压电源应能保证输出额定电压 7 1交流稳压电源性能指标的测试方法 7 1 2负载效应测试测试电路测试电路如图2 2所示 因测量输出电压为稳定值 故图中N为准确度较高 与要求的测量精度相适应 的交流电压表 为了避免与负载相接的导线上的压降影响测量的结果 电压表应以四端接法接到稳压电源的输出端 四端接法只有在高精度电压表中才出现 是为了消除线路接触电阻及输出线上压降的影响而采用特殊的电压表进行测量的方法 这种电压表具有四个端子 其中两个端子为控制端 读者可以参考高精度电压表使用说明书 7 1交流稳压电源性能指标的测试方法 7 1交流稳压电源性能指标的测试方法 7 1 2负载效应测试测试说明和要求将输出源电压调到最低额定值和最高额定值进行两次试验 改变负载 使稳压电源的输出电流从最小变到最大 再从最大变到最小 负载每增加或减少10 记录一个稳态输出电压值 输出电压的最大差值 取两次试验的较大者 除以标称输出电压即为所求的负载扰动输出稳定度 对提供可调输出的稳压电源 应将输出电压分别设定在最小值和最大值进行试验 并以各种试验所得值的较大者作为试验结果 7 1交流稳压电源性能指标的测试方法 7 1 3源电压效应测试源电压效应是所有影响量均保持恒定 如负载不变 温度不变 仅由输入电压变化所引起的输出电压变化的效应 源电压效应也称源电压扰动输出稳定度 7 1交流稳压电源性能指标的测试方法 7 1 3源电压效应测试测试电路如图2 2表示 图中N为交流电压表 7 1交流稳压电源性能指标的测试方法 7 1 3源电压效应测试测试说明和要求在空载和满载时进行两次试验 将源电压从90 标称值变为标称值 再变为110 标称值 测出三个稳态输出电压值 3分钟后 从110 标称值变为标称值 再变为90 标称值 在测出三个稳态输出电压值 输出电压的最大差值 取空载试验和满载试验的较大者 除以标称输出电压即为所求的源电压效应 7 1交流稳压电源性能指标的测试方法 7 1 4失真度测试失真度可以通过相对谐波含量得到 相对谐波含量是谐波含量的方均根值与非正弦周期函数的方均根值之比 7 1交流稳压电源性能指标的测试方法 7 1 4失真度测试测试电路测试电路如图2 3所示测试说明和要求总的源电压失真保持为0 3 在源电压为110 标称值 标称值和90 标称值时进行三次试验 用失真度仪或波形分析仪测量输出电压的相对谐波含量 7 1交流稳压电源性能指标的测试方法 7 2直流电源性能指标的测试方法 7 2 1源效应测试源效应是指仅当由于输入量的变化而引起输出稳定量的变化的效应 对于一个普通稳压电源来说 输入量就指输入电压 源效应输出稳定度也称输出稳定度 源效应约在时间等于5倍瞬时恢复时间出现 并在 的时间间隔内测量 源阶跃变化后的瞬时特性如图2 4所示 图中 为输入电压即源电压 为输出电压 为输入电压的变化量 为输出电压的允许范围 为源电压扰动开始到输出电压进入允许范围的时间 为输出电压稳定时的波动范围 为输出标称值 为从扰动开始到输出电压超越允许范围的时间 交流稳压电源性能指标的测试方法 7 2直流电源性能指标的测试方法 7 2 1源效应测试测试电路测试电路如图2 5 a 和2 5 b 所示 直流电源性能指标的测试方法 7 2直流电源性能指标的测试方法 7 2 1源效应测试测试说明和要求源电压是可变影响量 它应在额定范围或源效应规定的其他范围内变化 阶跃供电设备应能够在规定的极限之间阶跃地改变源电压的幅值加载时不应引起电源电压幅度的明显变化 对多路输出电源的测试规定和对可调电源的稳压性能的测试规定同前 测试电路中使用的仪器设备的量程 准确度应满足测量的要求 7 2直流电源性能指标的测试方法 7 2 1源效应测试测试说明和要求测量时 首先测出不同输出电压 电流 和负载组合下的源阶跃后的瞬态恢复时间 然后使源电压阶跃变化 并在 的时间间隔内测量出不同组合的源效应 取其中变化最大者作为被测电源的源效应 7 3开关电源的纹波与噪声的测试方法 开关电源的纹波和噪声不同于线性电源 线性电源噪声指电源内部有源器件 如运放 基准电压 晶体管 的固有噪声在电源输出端的反应 这种噪声主要指电源输出端的50Hz或100Hz 全波或桥式整流 的交流分量 开关电源的纹波和噪声如图3 93所示 一般建议外壳FG端接输入地 7 3开关电源的纹波与噪声的测试方法 7 3开关电源的纹波与噪声的测试方法 图3 94为采用带宽为0 20MHz的示波器测量开关电源的纹波及噪声时示波器探针的两种探测位置 采用这两种接法 可以排除示波器与供电电源通过电网产生的共模干扰噪声及开关电源电磁辐射在示波器探头上感应出的噪声 开关电源的纹波与噪声的测试方法 7 4温度稳定性 输出电压随工作温度变化率的表达式为工作温度不应超过给定的范围 在这个范围内 变换器的壳温会有上升 一般测量方法为 通电半小时后 测出输出电压值 然后进行测量 SMP 1250系列DC DC变换器的典型温度特性如图3 95所示 7 4温度稳定性 7 5其他性能指标的测试方法 电磁兼容是反映电源对环境影响的一个性能指标 是伴随着无线电电子学中高频 特高频应用的发展而发展起来 可以再去有效措施进行EMC设计 例如 加电网滤波器 采取无源补偿方案 以有效地抑制传导干扰 加各种屏蔽措施 以抑制辐射干扰 在电路的适当部位加RC吸收网络以吸收开关尖峰 利用各种软开关技术 保证开关器件在零电压下导通 零电流下关断 以减小过高的电流 电压梯度所带来的严重电磁干扰 合理设计印刷板 合理的地线布局等 谢谢大家 北京化工大学电力电子实验室崔玉龙