電源效率的定義：

Pout是輸出功率：

Pout = Vo X Io

Pin是輸入功率：

Pin = Vin X Iin

這裡Iin是電源的平均輸入電流或者直流電流。

理想狀态下：η=1，即完美的，轉換效率是100%，但是現實往往距離理想很遠。

損耗的能量，都去哪裡了？——熱！

我們會越來越關注電源的效率：

1、很多設備，都是電池供電，提高效率有效提升待機時間：手機、對講機、特斯拉汽車。

2、大功率設備，例如：服務器、顯卡，有效節能會給運營者帶來極大的成本優化。

3、效率低下的電源，帶來很高的溫升。在高溫的環境下，會影響整個系統的可靠性。按照一般經驗10℃的溫升，會增加失效率加倍。

對于電源工程師來說：提高電源效率，降低電源溫升，是重要工作之一。所以我們要準确測試我們設計的電源的效率，來評估我們的電源設計的水平。

由于二次電源相對一次電源比較簡單，所以我們這裡描述一次電源的測量方法。二次電源參考一次電源，或者選擇四個萬用表的方法，都可以進行測量。

一次電源的測試方法：

直流輸出功率僅等于電壓與電流的乘積，隻需兩個萬用表即可測量出大小。我們将用一個高精度 萬用表來測量輸出到負載的電流，用一個标準萬用表來測量電源的輸出電壓。由于交流系統中電壓與電流之間存在相位角，因此不能簡單地将 RMS 輸入電壓與 RMS 輸入電流 相乘來計算輸入功率。隻有電源消耗的有功功率(P)才是必須考慮的。而返回到電源的無功功率 Q 則不應考慮進來。

瓦特表的優點是可以準确測量輸入功率，原因在于它能自動校正功率因數。如果沒有瓦特表，則 可使用兩個萬用表來測量輸入電壓和電流。但這種替代性方法與使用瓦特表相比，測量結果的準确性不高。

關于瓦特表（功率表）

功率表，英文名稱為wattmeter，也被稱為瓦特表，它是一種用來測量有功功率值的儀表，電功率包括有功功率、無功功率和視在功率。主要應用與電力、電測與計量等領域。若按功率計在測試系統中的連接方式進行分類的話，有終端式和通過式兩種。

功率表原理及構成

　　功率表主要由功率傳感器和功率指示器兩部分組成。功率傳感器也稱功率計探頭，它把高頻電信号通過能量轉換為可以直接檢測的電信号。功率指示器包括信号放大、變換和顯示器。顯示器直接顯示功率值。功率傳感器和功率指示器之間用電纜連接。為了适應不同頻率、不同功率電平和不同傳輸線結構的需要，一台功率計要配若幹個不同功能的功率表探頭。

　　通過式功率表：它是利用某種耦合裝置，如定向耦合器、耦合環、探針等從傳輸的功率中按一定的比例耦合出一部分功率，送入功率計度量，傳輸的總功率等于功率表指示值乘以比例系數。

　　測熱電阻型功率表：它主要是使用熱變電阻做功率傳感元件，熱變電阻值的溫度系數較大。被測信号的功率被熱變電阻吸收後産生熱量，使其自身溫度升高，電阻值發生顯著變化，利用電阻電橋測量電阻值的變化，顯示功率值。

　　量熱式功率計典型的熱效應功率表：這類功率表主要是利用隔熱負載吸收高頻信号功率，使負載的溫度升高，再利用熱電偶元件測量負載的溫度變化量，根據産生的熱量計算高頻功率值。

功率測試需要設備：

1. 一個可程控交流電源供應器或一個自耦變壓器

2. 一個電子負載

3. 一個瓦特表和兩個數字萬用表（其中最好有一個高精度數字萬用表，用來測量電流）或者四個數字萬用表（其中，一個為真有效值、高精度萬用表，用來測量輸入電流；一個為高精度萬用表，用來測量輸出電流）

注釋：在使用萬用表時，您需要根據要測量的電壓和電流值将萬用表設置在合适的量程内，這一點非常重要。

連接輸出萬用表

直接将電壓表跨接到電路闆輸出端，并與電子負載連接。測量輸出端電壓時，會不計與負載相連的電纜上的壓降。在有些應用中，比如手機充電器或筆記本電腦适配器中，必須計算電纜中的損耗，此時需要從負載測量輸出電壓。然後将高精度電流表與負載串聯，測量輸出電流。

交流接通注意事項

如果使用的器件采用開/關控制方案，在檢測輸入電壓下快速裝上電源，使輸出達到滿載，這時就可以測量出最差情況下的效率。不過，在大容量電容充電時，裝上電源會産生非常大的浪湧電流。如果輸入電流表設置為低量程，這會導緻其中的保險絲熔斷。

如果采用四個萬用表的方法，在低輸入電壓和最高負載下快速裝上電源後，首先應測量電源的浪湧電流。然後查閱萬用表的數據手冊，确認它是否能夠在高輸入電壓下承載如此高的峰值電流。

使用瓦特表的測量方法

1）調節輸入電壓為額定電壓，輸出負載為半載和滿載，記錄功率計顯示的輸入功率Pi；

2）記錄電壓表示數UO和電流表示數IO；

3）在輸入端用萬用表交流電壓檔測得輸入電壓Vi ，用交流電流檔測得輸入電流ii；

4）按下式計算效率和功率因數：

效率＝直流輸出功率/交流輸入有功功率

＝[(U0×I0)/Pi]×100％

功率因數＝輸入有功功率/輸入視在功率

＝ Pi /（Vi×ii）

UO…輸出電壓值（V〕

IO…額定負載電流和半載電流（A）

Pi …整流設備交流輸入功率（W）

Vi …交流輸入電壓 (V)

ii … 交流輸入電流 (A)

5. 判定标準：

額定輸入額定輸出情況下，一次電源的輸出效率和功率因數應符合其标稱值。

6. 注意事項：

若為多路輸出，應按以下公式進行效率計算：若為多路輸出，應按以下公式進行效率計算：

效率＝直流輸出功率/交流輸入有功功率

＝{（UO1×IO1＋UO2×IO2 ＋……＋UON×ION〕/ Pi}×100％

7、測試時注意電壓輸出的實際值：

電源輸出端儀表的測量結果為 4.97 伏和 4.005安。電子負載的電壓讀數為 4.48 伏。這是由于輸出電纜和萬用表電壓檢測元件上出現了 490 mV 的壓降，從而突現了測量電源輸出端電壓的重要性。

因此，輸出功率 = 4.97 V x 4.005 A = 19.90 瓦。瓦特表讀數顯示輸入功率為 25.76瓦。因此，電源效率 = 19.90 瓦/25.76 瓦 = 77.3%。

萬用表方法(在沒有瓦特表的情況下，選擇)

使用萬用表時，可以在二極管整流器級将交流電轉換為直流電之後來測量輸入功率，從而避開功率因數的影響。為提高測量準确性，必須将直流總線級之前的元件中的損耗計算在内。

二極管整流橋通常是輸入級中損耗最大的元件，因為在最差情況下每個二極管中的壓降可達到 0.9伏。對于阻抗或壓降非常大且可測量的其它元件，使用這種方法也可以計算出其損耗大小。

連接萬用表(測試輸入電流的有效值)

斷開整流橋與大容量電容 C2 之間的直流總線。斷開大容量電容後面的直流總線後，需要用萬用表來測量電源的高頻開關電流，而萬用表無法對此進行準确測量。

然後，焊接兩條可用來連接萬用表和電路的導線。連接一個真有效值、高精度萬用表組，測量斷路上的電流。使用另一個萬用表組測量電壓，将它分别連接到直流正極和大容量電容的負極。

用萬用表測量時，輸出功率測試方法沒有變化：電源仍提供 4.97 伏電壓，4.008 安電流和 19.92 瓦輸出功率。

在輸入端，直流總線電壓為151.6 伏，輸入電流為 0.166 安。輸入功率計算如下：

Vin X Iin = 151.6 0.166 = 25.1656 W

現在，必須将整流橋的功率損耗計算在内：

功率損耗估計值 = 最差情況下的二極管總壓降 輸入電流

= 1.8V X 0.166 A

= 0.299 W

因此，總輸入功率 = 25.1656 W 0.299 W= 25.46 W

采用這種測量方法，可計算得出電源效率：

19.92 W/25.46 W= 78.2%

與使用瓦特表測量計算得出的 77.3%相比，我們可以看出，用四個萬用表進行測量，最後的誤差為 0.9%。

提高準确度

我們可以通過調整輸入功率來提高這種測量方法的準确度，在計算時，除二極管整流橋的損耗外，還應将其他輸入級元件，如浪湧限制器、共模扼流圈和數字萬用表的電流檢測元件的損耗包括在内。要計算這些損耗，需要測量各元件在正常工作情況下的壓降，然後用該壓降值乘以測得的輸入電流。将這些損耗計算在内，将會增大總輸入功率并降低計算得出的效率。不過，用這種方法測得的結果始終不會像用瓦特表測量輸入功率一樣準确。

測量一系列輸入及輸出值，确定損耗原因

電源效率與輸入電壓和輸出負載有關。評估電源時，通常需要在幾個不同的輸入電壓水平下測量效率，以便更好地判斷出電路中的損耗究竟在何處。把得出的結果繪制在圖表中，說明滿載條件下效率與輸入電壓的關系。

低輸入電壓下效率下降，這通常是由于電路中的阻性元件産生的導通損耗造成的。這些損耗之所以會在低輸入電壓下增加，是因為需要較高的電流來維持相同的輸出功率。而高輸入電壓下的效率下降，通常是由于開關損耗造成的。這些損耗來自寄生電容。在高輸入電壓下損耗增加，是因為寄生電容會在更高的電壓下充放電。确定損耗原因并采取糾正措施後，将會得到以下曲線圖。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!