开关电源的效率如何测量呐？

通常低输入电压下效率下降是由于电路中的阻性元件产生的导通损耗造成的。这些损耗之所以会在低输入电压下增加，是因为需要较高的电流来维持相同的输出功率。本文将向大家介绍测量开关电源转换效率的两种不同方法。第一种方法使用一个瓦特表和两个万用表;第二种方法介绍在没有瓦特表的情况下如何进行测量，但不够精确。

所需设备

1. 一个可程控交流电源供应器或一个自耦变压器

2. 一个电子负载

3. 一个瓦特表和两个数字万用表(其中最好有一个高精度数字万用表，用来测量电流)或者四个数字万用表(其中，一个为真有效值、高精度万用表，用来测量输入电流;一个为高精度万用表，用来测量输出电流)

注释：在使用万用表时，您需要根据要测量的电压和电流值将万用表设置在合适的量程内，这一点非常重要。

直流输出功率仅等于电压与电流的乘积，只需两个万用表即可测量出大小。我们将用一个高精度万用表来测量输出到负载的电流，用一个标准万用表来测量电源的输出电压。由于交流系统中电压与电流之间存在相位角，因此不能简单地将RMS 输入电压与RMS 输入电流相乘来计算输入功率。只有电源消耗的有功功率(P)才是必须考虑的。而返回到电源的无功功率Q，则不应考虑进来。

瓦特表的优点是可以准确测量输入功率，原因在于它能自动校正功率因数。如果没有瓦特表，则可使用两个万用表来测量输入电压和电流。但这种替代性方法与使用瓦特表相比，测量结果的准确性不高，并且还需要对待测电源进行断路。

直接将电压表跨接到电路板输出端，并与电子负载连接。测量输出端电压时，会不计与负载相连的电缆上的压降。在有些应用中，比如手机充电器或笔记本电脑适配器中，必须计算电缆中的损耗，此时需要从负载测量输出电压。然后将高精度电流表与负载串联，测量输出电流。

交流接通注意事项

如果使用的器件采用开/关控制方案，在检测输入电压下快速装上电源，使输出达到满载，这时就可以测量出最差情况下的效率。不过，在大容量电容充电时，装上电源会产生非常大的浪涌电流。如果输入电流表设置为低量程，这会导致其中的保险丝熔断。

针对不同 SMPS控制方案的建议交流接通程序

如果采用四个万用表的方法，在低输入电压和最高负载下快速装上电源后，首先应测量电源的浪涌电流。然后查阅万用表的数据手册，确认它是否能够在高输入电压下承载如此高的峰值电流。对于所有其它控制方案，接通方法将不会影响效率的测量，建议在检测时缓慢调高交流电压，以便限制浪涌电流。

瓦特表方法

将瓦特表连接到电源输入端，将显示屏设置为平均模式，以便获得较稳定的读数。接通交流输入电压，将它缓慢调高到所需的检测电压。将您电源的负载增加到满载。然后关断电源，将它重新快速装回，继续完成测量。在本演示中，电源输出端仪表的测量结果为4.97 伏和4.005 安。电子负载的电压读数为4.48 伏。这是由于输出电缆和万用表电压检测元件上出现了490 mV 的压降，从而突现了测量电源输出端电压的重要性。因此，输出功率 = 4.97 V 4.005 A = 19.90 瓦。瓦特表读数显示输入功率为25.76 瓦。因此，电源效率 = 19.90 瓦/25.76 瓦 = 77.3%%u3002

万用表方法

使用万用表时，可以在二极管整流器级将交流电转换为直流电之后来测量输入功率，从而避开功率因数的影响。为提高测量准确性，必须将直流总线级之前的元件中的损耗计算在内。二极管整流桥通常是输入级中损耗最大的元件，因为在最差情况下每个二极管中的压降可达到0.9伏。对于阻抗或压降非常大且可测量的其它元件，使用这种方法也可以计算出其损耗大小。

连接万用表

断开整流桥与大容量电容C2 之间的直流总线。断开大容量电容后面的直流总线后，需要用万用表来测量电源的高频开关电流，而万用表无法对此进行准确测量。然后，焊接两条可用来连接万用表和电路的导线。连接一个真有效值、高精度万用表组，测量断路上的电流。使用另一个万用表组测量电压，将它分别连接到直流正极和大容量电容的负极。

测试程序

打开交流电源供应器，缓慢将电压调高到所需的检测电压。将电源的负载增加到满载。将输入电流表设置到最高电流量程。然后切断交流输入电压，重新快速装上电源。在本演示中，电源仍提供4.97 伏电压，4.008 安电流和19.92 瓦输出功率。在输入端，直流总线电压为151.6 伏，输入电流为0.166 安。输入功率计算如下：交流输入损耗

现在，必须将整流桥的功率损耗计算在内：

功率损耗估计值 = 最差情况下的二极管总压降 输入电流

= 1.8 V 0.166 A

= 0.299 W

因此，总输入功率 = 25.1656 W 0.299 W

= 25.46 W

采用这种测量方法，可计算得出电源效率：= 78.2%

与使用瓦特表测量计算得出的77.3%%u76F8比，我们可以看出，用四个万用表进行测量，最后的误差为0.9%%u3002

提高准确度

我们可以通过调整输入功率来提高这种测量方法的准确度，在计算时，除二极管整流桥的损耗外，还应将其他输入级元件，如浪涌限制器、共模扼流圈和数字万用表的电流检测元件的损耗包括在内。要计算这些损耗，需要测量各元件在正常工作情况下的压降，然后用该压降值乘以测得的输入电流。将这些损耗计算在内，将会增大总输入功率并降低计算得出的效率。

不过，用这种方法测得的结果始终不会像用瓦特表测量输入功率一样准确。测量一系列输入及输出值，确定损耗原因电源效率与输入电压和输出负载有关。*估电源时，通常需要在几个不同的输入电压水平下测量效率，以便更好地判断出电路中的损耗究竟在何处。把得出的结果绘制在图表中，说明满载条件下效率与输入电压的关系。

导通损耗对效率的影响 开关损耗对效率的影响

低输入电压下效率下降，这通常是由于电路中的阻性元件产生的导通损耗造成的。这些损耗之所以会在低输入电压下增加，是因为需要较高的电流来维持相同的输出功率。而高输入电压下的效率下降，通常是由于开关损耗造成的。这些损耗来自寄生电容。在高输入电压下损耗增加，是因为寄生电容会在更高的电压下充放电。确定损耗原因并采取纠正措施后，将会得到以下曲线图。设计良好的电源的效率与输入电压的关系。