电源效率应如何正确测量！

制造商的数据表通常只提供有关其电源在不同电源电压或负载下的效率和功率损耗的基本信息。因此，建议用户自行测量电源的效率。您将在这篇博文中了解到需要注意的事项。.

万用表、瓦特表或功率分析仪——哪种（测量）工具是首选

用于测定效率的测量仪器有很多。但测量仪器在测量各种信号（交流或直流）方面的测量容差和能力存在很大差异。

万用表：

纯直流输入和输出的电压和电流可以使用精确的万用表进行测量。可直接在电源的输入和输出处对电压进行高精度测量。很多万用表还内置了电流测量功能，但通常情况下这种测量方法的准确性较低（误差在 1% 或更高），并且测量范围有限（通常限制在 10 安培以下）。相反，应采用容差为 0.01% 的高精度分流电阻器测量电流。但非同步检测数值的方法可能存在问题，因为在存在波动条件时会导致误差。

瓦特表：

遵循正确原理的瓦特表可用于测量交流信号。将电流和电压的瞬时值相乘，并从这些乘积中计算出均值——对应于物理定义的性能。但简易瓦特表大多测量误差较高（大约 1%）。此外，输入或输出电流的频繁变化（交流输入，输出负载不同）会造成额外的测量误差。因此，难以对值的波动进行解释。通常，应该只采用高精度瓦特表来测量效率。

数据记录仪：

数据记录仪甚至更适合进行直流测量。其由一个单一的、通常极为精确的仪表组成，可通过多路复用进行多次使用。误差甚至可以在相同的测量范围内互相抵消，所有数值都可以用电子表格快速记录下来，并进行评估。

功率分析仪：

PULS 采用功率分析仪来测量其电源的效率。（参见图 1）其优点包括高达 0.02% 的基本精度，可准确测量有功功率，可同步测量输入和输出，并且可清晰呈现效率和功率损耗。此种测量方法的缺点是购买成本很高。尽管如此，功率分析仪是准确测定效率的首选工具。

The efficiency of PULS' switched-mode power supplies is measured with ultra-modern power analysers.

图片 1：PULS 开关电源的效率的测量采用了超现代功率分析仪。

提示：

但是，交流输入功率无法用万用表或数据记录仪测量。一个普遍的误区是，测量电流和电压的真有效值 (RMS)，然后将这两个数字相乘，得到输入功率就已足够。但该计算确定的是视在功率，而不是对于功耗至关重要的实际功率。因此，即便采用真有效值 (RMS) 万用表测量交流输入功率，仍会导致不准确的读数，因此无法进行测量！

避免在测量设置中犯错

然而，如果在测量设置过程中犯错，即便采用精确且昂贵的功率分析仪，也可能无法提供准确结果。

正确的接线： 测量必须包括非被测设备引起的任何功率损耗！这是在测量设置中正确接线的主要原则。因为每根电缆和每个接触电阻都会造成额外的功率损耗，而这可能会使测量结果失真。正确的四端测试法（开尔文测量法）必须使用单独的电缆来测量电流和电压。（参见图 2）

电压源：简单的直流电压电源足以为带有直流输入的开关电源提供电力。在进行交流电压测量时，重要的是要意识到电压源的内部电阻会通过扭曲电源的正弦波形而影响测量结果。在没有功率因数校正 (PFC) 的 240 瓦电源中，测得的隔离式稳压变压器的软功率与来自电子交流电源的硬功率之间存在 0.4% 的差异。这样可以得到最具再现性的数值，因此更可取。

The correct cabling of a power supply is decisive.

Image 2: It is decisive to do the wiring correctly. A proper four-pole measurement (Kelvin measurement) with separate cables for the measurement of current and voltage is a must.

EMC 干扰：

在原型阶段使用未经屏蔽的电源可能会干扰仪表和/或导致负载波动。仪表中任何带有高频干扰的讯号均不应被接受。额外的滤波器，主要是安装在输入线路上的电感器，可以防止这些问题的发生。此外，也不应允许功率损耗计入测量。使用干净、抑制无线电干扰的电源应该不会出现问题。

负载：

除了电源之外，所使用的负载还必须是稳定且可复现的。由于不吸收恒定电流，功率电阻的负载会产生问题。另一方面，电子负载对于被测设备而言构成了一种特定且可重复的负载，即使过渡电阻变化，也不会对电流产生影响。

将环境因素考虑在内

考虑环境因素时，温度是至关重要的，因为电源的功率损耗取决于温度。电源中组件的温度是一个关键因素。组件温度是环境温度和自发热的总和。

温度：

电源中的各种组件对温度有不同的反应。温度的升高会导致某些关键部件功率损耗的减少。但在对其它组件来说，损耗会增加。用于抑制输入浪涌电流的负温度系数 (NTC) 元件的影响尤为突出。带有此类组件的电源的功率在启动阶段和较高的环境温度（负温度系数）下损耗较小，但在较高温度下，功率损耗的增加再次被其他关键部件所抵消。（参见图表 2）

具有主动输入浪涌电流抑制器的设备呈现出更稳定的温度特性。这里，温度造成的功率损耗仅略微增加。对于所有效率测量，应记录启动时间和环境温度，以保持结果的可追溯性。

图表 2：由于负温度系数 (NTC) 的存在，效率对时间和温度高度依赖。

图表 3：不具备负温度系数 (NTC) 的主动输入浪涌电流抑制器能够提供更稳定的效率，从而降低时间和温度影响。

海拔和气压：由于冷却是由空气完成的，因此气压会影响自发热。PULS 已经计算出组件在高海拔地区会产生多少额外热量：温度在海拔 2000 米处升高约 + 10 °C，在 4000 米处升高约 + 20 °C。湿度的影响很小，可以忽略不计。

样本分布：每个组件都存在公差，因此并非每个设备都是完全相同的。但为了找出真正的错误，即使是在生产过程中，PULS 也还是会对功率损耗进行非常仔细的测量，尽管未必能媲美实验室的精确度。在量产的 200 台 CP10 型号设备上测得的平均值为 95.27％，偏差为 ±0.15％。（参见图表 4）

Diagram 4: In the PULS production, an efficiency mean value of 95.27 % with a deviation of ±0.15 % was measured on a production batch of 200 devices of the type CP10

结论

开关电源的正确效率测量较为复杂。但如有必要，应对制造商的数据表信息提出质疑，并自行测量。几十年来，PULS 始终在精确测量其产品的效率，并且能够就所有问题向客户提供建议。我们还组建了一支经验丰富的应用工程师团队，为客户提供应用建议。

电源效率应如何正确测量！

万用表、瓦特表或功率分析仪——哪种（测量）工具是首选

提示：

避免在测量设置中犯错

将环境因素考虑在内

结论

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