电源行业中对于AC/DC的电源测试解决方案

电源发展概述

电源行业是整个电子产业的能源基础行业，随着电力电子设备的多样化及人们节能环保意识的增强，电源市场也随之繁荣活跃起来，竞争预演愈烈。

电源种类尤其复杂多样，大致可以分为AC/DC电源、DC/AC电源、DC/DC电源、AC/AC电源等几类；用途上又可分为适配器、UPS、PC电源、通信电源、安防电源、医疗电源、航空电源等。纵观这些种类的电源，其未来发展趋势正如业内专家所指出的：1、更小的外形因子，即功率密度的提升，2、更高的效率，即要达到80%乃至90%以上，3、更低的每瓦成本。


这些都对电源测试提出了更加严格的要求，以保障满足高要求的电源能够适应较为苛刻的使用环境。本文主要介绍了由北京普源精电科技有限公司（RIGOL）提供的AC/DC电源测试解决方案。

AC/DC电源的主要测试参数
在门类众多的电源产品中，AC/DC电源是应用最为广泛的电源之一。如常见的笔记本适配器、手机适配器、PC电源等都是典型的AC/DC开关电源，电子市场上的AC/DC开关电源模块也属于这个范畴。


电源厂商为了保证出厂产品的优良品质，并进一步提高AC/DC电源的性能指标，通常都需要经过严格的测试过程，其中包含了输出测试、输入测试、保护测试、安全测试、环境测试和E.M.C测试等种类繁多的测试项目。在这些测试项目中，更需要关注的是AC/DC电源特性的交流输入范围、电源调整率、负载调整率、纹波及噪声、启动及保持时间、上升时间、过载保护、过压保护、耐压绝缘、漏电电流、电磁兼容、电源效率等一系列性能特征参数。


为了满足复杂的测试要求，帮助电源厂商提高电源产品质量，RIGOL的应用工程师深入电源行业调查研究，为用户提供了一个高效、快捷的AC/DC电源测试系统。

AC/DC电源测试方案
典型的AC/DC电源测试系统包含了程控交流电源、程控电子负载、高精度数字万用表、数字示波器、多通道程控开关以及工控机和测试软件。


在测试系统中，所选用仪器设备的性能高低及品质优劣直接关系到测试系统的稳定与效率。RIGOL作为国内领先的测量仪器与解决方案供应商，提供的数字示波器DS1302CA和数字万用表DM3058，在同端产品中拥有极高的技术指标和稳定的产品性能。


双通道数字示波器DS1302CA拥有300MHz的带宽和2GS/s的实时采样率，可以非常准确的完成电源纹波测试及其他基本测试；标准配置的USB接口和RS-232接口，为用户提供了多种可选的系统集成方案；另外，可以选配的USB-GPIB模块，能够将DS1302CA接入GPIB总线的测试系统。如图1所示。





图1 RIGOL DS1302CA数字示波器


DM3058是一款拥有240 000读数的五位半高精度数字万用表，标准配置了USB接口、RS-232接口、GPIB接口和符合LXI-C标准的以太网接口，更是可以方便的接入多种类型的总线网络系统中。在程控指令方面，不仅拥有符合SCPI标准的指令，还兼容市场上同类主流产品的指令，能够直接替换使用。





图2 RIGOL DM3058数字万用表


同时，在测量准确度上达到了同类产品的先进水平，基本直流电压准确度达到0.015%+0.003%，基本直流电流准确度达到0.02%+0.005%，基本电阻准确度达到0.02%+0.003%，为测试数据的准确性提供了保障；另外，其交流测试频率范围达到1MHz，保证了高频开关电源的测试；10A大电流的测量无须更换插孔和表笔，大大提高了测试效率和保证了仪器的安全使用。





图3 测试系统方框图


在显示单元，DM3058采用了万用表中少有的256×64液晶显示，各种功能参数设置采用菜单化操作，加强了在系统之外的易用性。


图3所示是使用RIGOL DS1302CA及DM3058搭建的测试系统。此套测试系统可以完成AC/DC电源厂商所关注的重要电源性能特征的测试工作。下面以测试AC/DC电源的效率、电源纹波、输入电压调整率为例，具体介绍该测试系统的测试流程。


如今节能环保是所有产业的热门议题，电源行业更是倡导节能环保的先锋。目前很多亚洲电源厂商已经把目标瞄准在开发半负载下能效可达88%以上，甚至高达90%以上的新型节能产品。那么，在测试过程中为了能够准确的获得电源效率数据，一般需要经过四次测量，即分别测量负载在25%、50%、75%和100%状态下的效率，再取其平均值作为衡量该电源的效率。


纹波噪声也是衡量AC/DC电源产品优劣的一个重要性能指标。纹波是指在输出直流电压上叠加交流成分的峰峰值。一般纹波不能超过输出电压的1%。


测试输出电压纹波时，首先由工控机来控制程控电源输出，其输出能够使电源进入正常工作状态，然后控制程控电子负载使电源达到100%负载状态，再由多通道开关将DS1302CA示波器接入到电源的输出端，通过工控机将数字示波器设置为直流耦合，使用1:1的探针输入。另外，为了便于更好地观察稳定的纹波信号，可以打开示波器的“带宽限制”。最后，将数字示波器测量出的纹波信号峰峰值上传至计算机中存储起来，便得到了该电源的纹波电压，如图4所示。





图4 RIGOL DS1302CA 测量的电源纹波电压值


输入电压调整率是用来衡量一个AC/DC电源在负载及恶劣电网环境下的适应能力的重要指标。输入电压调整率是指输入电压在额定范围内变化时，输出电压的变化率。


输入电压调整率的测量，是通过工控机来控制程控电源、多通道开关、电子负载，与数字万用表协同工作完成的。假设一个额定输出为12V的AC/DC电源的输入电压范围在115～264VAC之间，在测试过程中，将负载设置为满载状态，将程控电源输出从115VAC调节至264VAC，再使用DM3058数字万用表测试各阶段的输出直流电压，记录于工控机中，然后根据公式便可计算出该AC/DC电源的输入电压调整率。






图5 RIGOL DM3058数字万用表测量界面


测量速度与通讯速度快也是DM3058的重要特征之一。在程控测试中，以测量直流24V电压为例，在该企业测试平台上采用中速测量，同类万用表所需要的时间最快为360ms，而RIGOL DM3058只需要250ms。若在该测试平台上连续测量直流电压、交流电压、频率、电阻等177个项目，DM3058完成这一整套测量只需要88s，与同类万用表相比，时间缩短了整整10s。为整个生产测试过程带来的效率提升不容小视。


以上是使用该测试系统测量AC/DC电源的几个典型参数。这套测量系统不仅可以高效、快捷的帮助用户完成测试功能，同时也为用户提高产品品质提供了有力保障。RIGOL作为国内异军突起的测试测量厂商，将始终专注于测量，坚持自主创新，为用户提供更多创新的行业解决方案，真正体现客户价值。