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博計(jì)電源供應(yīng)器的功能及保護(hù)測(cè)試

閱讀：1315        發(fā)布時(shí)間：2022-2-28

博計(jì)電源供應(yīng)器的功能及保護(hù)測(cè)試

直流電源供應(yīng)器為將交流電源轉(zhuǎn)換成所需直流V/A/W規(guī)格的裝置,。一個(gè)良好的電源供應(yīng)器必須可靠、符合所有功能規(guī)格,、保護(hù)特性,、安全規(guī)範(fàn)及電磁相容能力等,。本文係討論電源供應(yīng)器之功能規(guī)格及保護(hù)特性之測(cè)試為主，電源供應(yīng)器之設(shè)計(jì),、製造及品質(zhì)驗(yàn)証等測(cè)試需要精巧的電子設(shè)備,，電源供應(yīng)器不同的組成結(jié)構(gòu)和輸出之組合，亦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。

博計(jì)的 3300 係列機(jī)框,，3310/3320 系列電子負(fù)載模組如3600A電源供應(yīng)器全自動(dòng)測(cè)試器提供了可程式化,、易操作性、可靠的測(cè)試結(jié)果,，有效率及用低的測(cè)試成本達(dá)到最高的測(cè)試品質(zhì),。 

當(dāng)驗(yàn)証電源供應(yīng)器的品質(zhì)時(shí)，下列為一般的功能性測(cè)試項(xiàng)目,，茲分別詳細(xì)說(shuō)明如下：



功能測(cè)試

輸出電壓調(diào)整 

電源調(diào)整率

負(fù)載調(diào)整率

綜合調(diào)整率 

輸出漣波及雜訊

輸入功率及效率 

動(dòng)態(tài)負(fù)載或暫態(tài)負(fù)載

電源良好/失效(Power Good/Fail)信號(hào)

起動(dòng)(Set-Up)及保持(Hold-Up)時(shí)間









保護(hù)動(dòng)作測(cè)試

過(guò)電壓保護(hù)(OVP) 

過(guò)電流保護(hù)(OCP)

短路保護(hù)




1.1.輸出電壓調(diào)整

於製造交換式電源供應(yīng)器時(shí),，第一個(gè)測(cè)試步驟為將輸出電壓調(diào)整至規(guī)格範(fàn)圍內(nèi)。此步驟完成後才能確保後繼的規(guī)格能夠符合,。通常,，做輸出電壓調(diào)整時(shí)，將輸入交流電壓設(shè)定為正常值(115Vac或230Vac),，並且將輸出電流設(shè)定為正常值或滿載電流,，然後以數(shù)位電壓錶測(cè)量電源供應(yīng)器的輸出電壓值並調(diào)整其電位器(VR)直到電壓讀值位於要求之範(fàn)圍內(nèi)。

1.2.電源調(diào)整率

電源調(diào)整率的定義為電源供應(yīng)器於輸入電壓變化時(shí)提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力,。為精確測(cè)量電源調(diào)整率,，需要下列之設(shè)備：


A.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)器的低到最高之輸入電壓範(fàn)圍,。 

B.一個(gè)均方根值交流電壓錶來(lái)測(cè)量輸入電源電壓,。

C.一個(gè)精密直流電壓錶，具備至少高於待測(cè)物調(diào)整率十倍以上,。 



D.連接至待測(cè)物輸出的可變負(fù)載,。 通常測(cè)試設(shè)備之連接如下圖所示


13_c01.gif


測(cè)試步驟如下，於待測(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)定後,，分別於Min(低),，Normal(通常)，和Max(高)輸入電壓下測(cè)量並記錄其輸出電壓值,。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：

13_c03.gif


電源調(diào)整率亦可用下列方式表示之：於輸入電壓變化下,，其輸出電壓之偏差量須於規(guī)定之上下限範(fàn)圍內(nèi),。

1.3.負(fù)載調(diào)整率

負(fù)載調(diào)整率的定義為電源供應(yīng)器於輸出負(fù)載電流變化時(shí)，提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力,。

所需的設(shè)備和連接與電源調(diào)整率相似,，不同的是需要精密的電流錶與待測(cè)電源供應(yīng)器的輸出串聯(lián)。如下圖所示：


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測(cè)試步驟如下,，於待測(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)定後,，測(cè)量正常負(fù)載下之輸出電壓值，再分別於低(Min)、高(Max)負(fù)載下,，測(cè)量並記錄其輸出電壓值(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：

13_c03.gif

負(fù)載調(diào)整率亦可用下列方式表示： 
於輸出負(fù)載電流變化下,，其輸出電壓之偏差量須於規(guī)定之上下限電壓範(fàn)圍內(nèi)。

1.4.綜合調(diào)整率

綜合調(diào)整率的定義為電源供應(yīng)器於輸入電壓與輸出負(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)試可提供對(duì)電源供應(yīng)器於改變輸入電壓與負(fù)載狀況下更正確的性能驗(yàn)証,。綜合調(diào)整率用下列方式表示：於輸入電壓與輸出負(fù)載電流變化下,，其輸出電壓之偏差量須於規(guī)定之上下限電壓範(fàn)圍內(nèi)。


    1.5.輸出雜訊(PARD)

    輸出雜訊(PARD)係指於輸入電壓與輸出負(fù)載電流均不變的情況下,，其平均直流輸出電壓上的週期性與隨機(jī)性偏差量的電壓值,。通常以 mVp-p峰對(duì)峰值電壓來(lái)表示，又一般的交換式電源供應(yīng)器的規(guī)格均以輸出直流輸出電壓的1％以?xún)?nèi)為輸出雜訊之規(guī)格,，其頻寬為 20Hz到 20MHZ,。例如5V輸出，其輸出雜訊要求為50mV以?xún)?nèi),。輸出雜訊是表示在經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓及濾波後的直流輸出電壓上所有不需要的交流及雜訊部份,。

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    在測(cè)量輸出雜訊時(shí),，電子負(fù)載必須具備較待測(cè)電源供應(yīng)器為低的 PARD值,，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)生不必要的振鈴和駐波,。一般都採(cǎi)用雙同軸電纜並以 50Ω 於其端點(diǎn)上,。 博計(jì)的 3310 / 3320 系列與3600A之電子負(fù)載具備低 PARD值，又 4030 雜訊電錶 3600A均可一次測(cè)量4輸出之雜訊值,。

    1.6.輸入功率與效率

    1.6.1.電源供應(yīng)器的輸入功率之定義為以下之公式

    13_c05.gif


    即為對(duì)一週期內(nèi)其輸入電壓與電流乘積之積分值,，需注意的是 而是其中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,，其功率因素通常大於0.95，當(dāng)輸入電流波形與電壓波形*相同時(shí),，功率因素為1,，並依其不相同之程度，其功率因素為1～0之間,。

    1.6.2.電源供應(yīng)器的效率之定義為：

    13_c06.gif


    即為輸出直流功率之總和與輸入功率之比值,。通常 PC 用電源供應(yīng)器之效率為60%～70%左右。效率提供對(duì)電源供應(yīng)器正確工作的驗(yàn)証，若效率超過(guò)規(guī)定範(fàn)圍,，即表示設(shè)計(jì)或零件材料上有問(wèn)題出現(xiàn),，效率太低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致散熱增加而影響其使用壽命,。 

    測(cè)試時(shí)可使用 4010 / 4011來(lái)量測(cè)待測(cè)電源供應(yīng)器的輸入功率與功率因素,；使用3310 / 3320系列負(fù)載模擬並測(cè)量其每個(gè)輸出電壓、電流與功率 經(jīng)計(jì)算後便可得出效率,。

    當(dāng)使用 3600A 時(shí),，能夠測(cè)量輸入及輸出功率並自動(dòng)計(jì)算出效率，並可設(shè)定上下限,，做合格與否的判別,。




    1.7.動(dòng)態(tài)負(fù)載或暫態(tài)負(fù)載 

    一個(gè)定電壓輸出的電源供應(yīng)器，於設(shè)計(jì)中具備回授控制迴路,，能夠?qū)⑵漭敵鲭妷哼B繼不斷地維持穩(wěn)定的輸出電壓,。由於實(shí)際上回授控制迴路有一定的頻寬，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),。若控制迴路輸入與輸出之相移於增益(UNITY GAIN)為1時(shí)超180度時(shí)電源供應(yīng)器便會(huì)呈現(xiàn)不穩(wěn)定,、失控及振盪之現(xiàn)象。實(shí)際工作時(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 (例如硬碟,、軟碟,、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,。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?lèi)毫拥呢?fù)載情況,，如負(fù)載電流迅速上升、下降之斜率,、週期等,，若電源供應(yīng)器在惡列負(fù)載狀況下，仍能夠維持穩(wěn)定的輸出電壓不產(chǎn)上過(guò)高(OVERSHOOT)或過(guò)低(UNDERSHOOT)情形則通過(guò)此項(xiàng)測(cè)試,。


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    博計(jì)的3310系列電子負(fù)載能夠模擬各種高/低負(fù)載週期,，上升/下降電流斜率及高 /低負(fù)載電流，能夠測(cè)試出電源供應(yīng)器對(duì)動(dòng)態(tài)負(fù)載下的反應(yīng)能力,。


    1.8.電源良好/失效信號(hào) (POWER GOOD, POWERFAIL) 

    電源良好信號(hào),，簡(jiǎn)稱(chēng)PGS(POWER GOOD SIGNAL)，是電源供應(yīng)器送往電腦系統(tǒng)的信號(hào),，當(dāng)其輸出電壓穩(wěn)定後,，通知電腦系統(tǒng)，以便做之程序,。而電源失效信號(hào) (POWER FAIL) 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)於--特定之情況,。以上通常由 -PGS信號(hào)來(lái)表示,，由邏輯之改變來(lái)表示，邏輯為 "0"或 "High" 時(shí)表示電源良好 (Power Good),，而邏輯為"0" 或"Low" 時(shí),，表示為電源失效 (Power Fail)，請(qǐng)參考下列時(shí)序圖：



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    電源供應(yīng)器的電源良好時(shí)間為從輸出電壓穩(wěn)定時(shí)到 PGS 信號(hào)由 "0" 變?yōu)?1" 的時(shí)間,，一般值為 100ms 到 2000ms 之間,，電源供應(yīng)器的電源失效時(shí)間為從 PGS 信號(hào)由"1" 變?yōu)?"0" 時(shí)到輸出電壓低於穩(wěn)壓範(fàn)圍的時(shí)間，一般值為1ms以上,。博計(jì)的3600A可直接測(cè)量 POWER GOOD 及 POWER FAIL 的時(shí)間,。


    1.9啟動(dòng)時(shí)間 (SET-UP TIME) 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)壓範(fàn)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)壓範(fàn)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)間為從起到輸出電壓低於 4.75V為止的時(shí)間,，一般值為17ms以上。啟動(dòng)時(shí)間與保持時(shí)間的時(shí)序如下圖所示：




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    博計(jì)的3600A具備測(cè)試啟動(dòng)時(shí)間與保持時(shí)間之能力,。並可設(shè)定上下限範(fàn)圍,，做檢測(cè)時(shí)，能判別合格與否,。


    2. 保護(hù)測(cè)試

    2.1.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)將其輸出能力關(guān)閉SHUTDOWN，稱(chēng)為過(guò)電壓保護(hù),。 

    過(guò)電壓保護(hù)測(cè)試係用來(lái)驗(yàn)証電源供應(yīng)器當(dāng)出現(xiàn)上述異常狀況時(shí),，能否正確地反應(yīng)。過(guò)電壓保護(hù)功能對(duì)於一些對(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@些貴重元件若因工作電壓太高，超過(guò)其額定值時(shí),，會(huì)導(dǎo)致性的損壞,，因而損失慘重。電源供應(yīng)器於OVP情形發(fā)生時(shí),，其輸出電壓波形如下圖所示：



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    博計(jì)的3600A配合選用配備5030時(shí),，可直接對(duì)電源供應(yīng)器模擬OVP發(fā)生狀況，進(jìn)而測(cè)試電源供應(yīng)器的反應(yīng)是為將其輸出關(guān)閉,，同時(shí)可設(shè)定上下限範(fàn)圍,，於檢測(cè)時(shí),，能判別合格與否。

    2.2.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)閉其輸出,，以避免損壞。過(guò)電流保護(hù)測(cè)試是驗(yàn)証當(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),。博計(jì)的 3600A能夠模擬並測(cè)試電源供應(yīng)器之輸出過(guò)電流狀況,，測(cè)試時(shí)，負(fù)載電流能夠預(yù)先設(shè)定的負(fù)載電流值開(kāi)始上升,，直到電源供應(yīng)器的輸出電壓低於所設(shè)定的臨界電壓值為止,。

    2.3.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官關(guān)閉其輸出,，以避免損壞,，短路保護(hù)測(cè)試是驗(yàn)証當(dāng)輸出短路時(shí)，電源供應(yīng)器能否正確地反應(yīng),。

    博計(jì)的3600A及3310/3320系列電子負(fù)載均有短路測(cè)試鍵可模擬短路負(fù)載,，可以直接測(cè)量其短路時(shí)之輸出電壓及電流。



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