電源如何進(jìn)行效率測(cè)試 注意事項(xiàng)有哪些

效率是電源測(cè)試中十分常見(jiàn)的測(cè)試項(xiàng)，高效的電源表現(xiàn)是眾多廠家一直追求的目標(biāo)。在芯片的規(guī)格書中，一般會(huì)提供幾種常見(jiàn)輸入輸出應(yīng)用下的效率曲線。當(dāng)我們實(shí)際的應(yīng)用范圍與規(guī)格書上不同，或者在demo板的基礎(chǔ)上我們進(jìn)行了其他改動(dòng)時(shí)，就需要重新進(jìn)行效率測(cè)試。本文就來(lái)講一講如何進(jìn)行效率測(cè)試以及一些注意事項(xiàng)。

1. 電源效率的定義：

Pout為輸出功率：

Pout = Vo * Io

Pin為輸入功率：

Pin = Vin * Iin

這里Iin是電源的平均輸入電流或者直流電流。

理想狀態(tài)下：η=1，即完美的，轉(zhuǎn)換效率是100%，但是現(xiàn)實(shí)往往距離理想很遠(yuǎn)。

損耗的能量，都去哪里了？——熱！

我們會(huì)越來(lái)越關(guān)注電源的效率：

1、很多設(shè)備，都是電池供電，提高效率有效提升待機(jī)時(shí)間：手機(jī)、對(duì)講機(jī)、特斯拉汽車。

2、大功率設(shè)備，例如：服務(wù)器、顯卡，有效節(jié)能會(huì)給運(yùn)營(yíng)者帶來(lái)極大的成本優(yōu)化。

3、效率低下的電源，帶來(lái)很高的溫升。在高溫的環(huán)境下，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。按照一般經(jīng)驗(yàn)10℃的溫升，會(huì)增加失效率加倍。

對(duì)于電源工程師來(lái)說(shuō)：提高電源效率，降低電源溫升，是重要工作之一。所以我們要準(zhǔn)確測(cè)試我們?cè)O(shè)計(jì)的電源的效率，來(lái)評(píng)估我們的電源設(shè)計(jì)的水平。

2. 四表法

最常見(jiàn)的效率測(cè)量方式是四表法，即用四個(gè)萬(wàn)用表來(lái)測(cè)得以上四個(gè)參數(shù)。常見(jiàn)的萬(wàn)用表都是同時(shí)具有電流檔和電壓檔的。

連接示意圖如下：

tips：

使用電流檔時(shí)，需將萬(wàn)用表串聯(lián)在電路中，注意電流流向；使用電壓檔時(shí)，則是并聯(lián)，注意正負(fù)極。

使用電流檔時(shí)，一開(kāi)始要用安培檔，若是顯示位數(shù)不夠精確時(shí)，再更換至毫安檔進(jìn)行測(cè)試。用毫安檔進(jìn)行測(cè)試的情況下，調(diào)高負(fù)載電流時(shí)，要注意是否超過(guò)毫安檔量程（一般在400mA）。若是不小心超過(guò)量程，會(huì)導(dǎo)致萬(wàn)用表內(nèi)保險(xiǎn)絲燒毀，更換保險(xiǎn)絲后，才能繼續(xù)使用毫安檔進(jìn)行測(cè)試。

兩個(gè)電壓表都接在板端，且連接線盡量短。不要接在電源端和負(fù)載端去讀取數(shù)據(jù)，這樣會(huì)較多地計(jì)入連接線上的產(chǎn)生的損耗，影響測(cè)試結(jié)果。

若想用電子負(fù)載直接讀取輸出部分的數(shù)據(jù)，可以用圓環(huán)連接線，圓環(huán)端直接焊在demo板上，另一端連接至電子負(fù)載。這樣測(cè)試產(chǎn)生的損耗比直接用夾子連接產(chǎn)生的少。但一般還是會(huì)比用萬(wàn)用表測(cè)得的效率低些。

若是遇到超過(guò)萬(wàn)用表量程的情況，可以用電子負(fù)載讀數(shù)，也可以用量程范圍較大的功率計(jì)直接測(cè)量輸出功率。

3. 測(cè)試步驟

以簡(jiǎn)單的BUCK電路為例，效率測(cè)試的步驟大致如下：

（1 確定需要測(cè)試的條件：輸入輸出電壓以及輸出電流。在輕載電流部分，需要多取幾個(gè)點(diǎn)；重載部分，取點(diǎn)間隔可以稍大。例如，Iout=0-6A，測(cè)試點(diǎn)可?。?A, 0.1A, 0.3A, 0.5A, 0.8A, 1A, 1.5A, 2A, 2.5A, 3A, 3.5A, 4A, 4.5A, 5A, 5.5A, 6A。

（2 確認(rèn)測(cè)試板在測(cè)試條件下工作正常，輸入輸出電壓正確，觀察SW波形，在輕載和重載時(shí)SW波形都正常，無(wú)嘯叫和異常發(fā)熱。

（3 斷電，按照上述示意圖，將四個(gè)萬(wàn)用表接入電路，電流表置于安培檔位。連接完成后，重新上電。

（4 上電后，即可按照測(cè)試條件，慢慢調(diào)整負(fù)載電流，需要等萬(wàn)用表上數(shù)值穩(wěn)定后，再記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。輸入電壓可能會(huì)隨著負(fù)載電流的上升有所下降，低于測(cè)試條件。此時(shí)，需要適當(dāng)抬高輸入電壓，盡量保持測(cè)試輸入電壓的萬(wàn)用表上的數(shù)據(jù)與測(cè)試條件一致。

4. 報(bào)告形式

除了將測(cè)試到的Vin Vout Iin Iout 填入表格，得到相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果。為了更直觀地表現(xiàn)結(jié)果并與其他芯片做對(duì)比，一般會(huì)畫出效率曲線。

如下圖，是MP4581在Vin=24V/36V/48V, Vout=12V, Iout=1mA-800mA情況下測(cè)得的效率結(jié)果：

一般DCDC電源的效率在輕載時(shí)較低，最高效率點(diǎn)出現(xiàn)在較重載的時(shí)候。效率曲線較為平滑，如果畫出的效率曲線出現(xiàn)突然上沖或者下落的點(diǎn)，可以重新測(cè)試那一點(diǎn)的效率，確認(rèn)數(shù)據(jù)的正確性。

審核編輯：湯梓紅