电子产品测试项目内容.docx

1、电子产品测试项目内容 1. SPS之用途：我們先以日常生活中會用到的電器用品來說明，清早起來打開電子式日光燈或電子式檯燈，刷牙時，充電式電動牙刷之充電器，用遙控器打開電視機看新聞，用電磁爐或微波爐加熱早餐，出門搭電梯下樓，進入辦公室時，放眼望去每一種需插電的事務機器，電話、傳真。，大致可以說需用到電的產品，就是SMPS的可能用途。所需的規格要求及線路架構則隨使用場所，價格上會有極大差異。以一般我們選用的電子零件，其溫度範圍就可分為： 商業用（ 0 70 ） 工業用 (-25 125 ) 軍事用 (-40 125 ) 而SPS也會因為使用的周圍環境溫度範圍，而區分不同的等級： 商業用（ 0 40

2、 ）- 一般日常生活所接觸到的電器用品，如電腦、影印機所使用者 工業用 (-20 71 ) - 工業產品所使用的POWER，如SMD機器、CNC機器中的POWER即是 軍事用 (-40 125 ) - 軍事用途，如飛彈、戰艦、坦克中所用到的POWER不同的溫度範圍，所選用的零件就不相同，其價格當然也不同2. Switching Power Supply Building Blocks： AC OUT專有名詞解釋：aPWM：Pulse Width Modulator脈波寬度調變器bCCM：連續模式(一般設計都屬於此模式)cDCM：不連續模式3. SPS 常用之架構和種類 :3.1. 依輸出 /

3、輸入使用的電壓高低可分為：（適用於非隔離的環境 ） 所謂非隔離的環境：如同下列所提的環境，都是自己形成一個系統，輸入與輸出共地，不會與其他的系統連線，而且接地良好，不會對使用者有漏電的危險，例如其中所提的系統輸入都屬於低電壓輸入，而且使用者接觸的機殼都是接地（GROUND），沒有被電到的危險。(a).降壓式 (Buck) : 輸入比輸出高 ,例如卡車之車用冰箱中的POWER將24V轉12VFig. 2-1 (b).升壓式 (Boost) : 輸入比輸出低，例如電擊棒將電池電壓9V升高為1000VFig. 2-2(c).降升壓式 (Buck-Boost) : 輸入比輸出低或高 ,例如汽車充電器充

4、筆記型電腦19V電池，而汽車電池有轎車12V及卡車24V兩種Fig. 2-3（線路動作原理請參見相關SPS基本原理說明）3.2. 一般常用架構可分為：(適用於需隔離的環境 ) 所謂需隔離的環境：用專業術語來說就是輸入與輸出不共地，例如帛漢的DCDC使用於網路卡，而網路連線就是一個典型的隔離環境，因為兩部電腦的輸入接地不一定相同（插頭不一定插同一方向），如果使用非隔離的電源，將會天下大亂，而且會有因兩部電腦地的電位不同，造成兩部電腦間大電流流動，而使保險絲燒毀。(a).自激式 (Free Running) ： 0.5W 50W自激式一般稱為RCC線路，是返馳式的其中一種架構，其震盪頻率隨負載而變

5、：輕載時振盪頻率高，重載時震盪頻率低。(b).返馳式 (Fly-Back) : 3W 200W在此將其定義為常見的定頻式PWM（脈波寬度調變式）架構，其脈波寬度隨負載而變：輕載時脈波寬度窄，重載時脈波寬度寬。能量轉移是靠N-MOS Q1 ON時先存於主變壓器T1的GAP中, N-MOS Q1 OFF時，主變壓器的能量，經由D1傳到輸出電容C1。而Rs則是用來偵測輸出瓦數，達到保護的目的。Fig. 2-4(c).順向式 (Forward) ： 60W 300W順向式 (Forward) 的動作原理與返馳式 (Fly-Back) 接近，唯其能量是於Q1 ON時先經由D1存於CHOKE L1中（T1

6、沒有GAP），Q1 OFF時，L1的能量經由D2傳到輸出電容C1。注意T1 的磁滯曲線只在第一相限活動。Fig. 2-5(d).推挽式 (Push-Pull) ： 150W 600W (Half-Bridge) 600W 以上 (Half-Bridge)推挽式 (Push-Pull) 的動作原理則又與前饋式 (Forward) 接近，只是T1 的磁滯曲線則在第1 3相限活動。Fig. 2-63.3. 一般種類可分為：(a).AC to DC ( Adapter ) : 常用於日常生活中，如計算機、筆記型電腦、無線電話機、充電器(b).DC to AC ( Inverter ) : 如筆記型電腦

7、中背光板燈管用電源(c).DC to DC ( Converter ) : 如帛漢現有產品5V轉 9V(d).AC to AC ( Converter ) : 如變頻器、電子式安定器4. 常見之規格內容及名詞解釋：一般規格區分為以下內容： AC 或 DC 輸入要求.(4.1). AC 或 DC 輸出要求.(4.2). 異常使用保護 (Protection) .(4.3). 操作環境要求 (Operation Environment) .(4.4). Safety(安規)及各國國家標準.(4.5). EMI Conduction (電磁傳導) & Radiation（電磁輻射）(4.6). MT

8、BF (Mean Time Before Failure) 可靠度要求.(4.7). 機構 .(4.8). 名詞解釋 . (4.9).現分述如下：4.1. AC 或 DC 輸入要求 :(a). Input Voltage Range : 輸入電壓範圍（V），最低最高，例如：台灣、美國為90135 Vac ,歐洲、大陸則為180264 Vac .若為Universal 則為90264Vac。(b). Input Frequency : 輸入AC電源的頻率（Hz），視各國發電機系統而定，例如：日本為50Hz ,台灣為60Hz，歐洲、大陸為50Hz。(c). Inrush Current : 輸入突

9、波電流（A），指開機瞬間或剛插插頭時，流過電源線的尖波電流，通常於冷開機狀態下測得為標準。造成的原因是SMPS輸入端有電容，開機瞬間電容需要充電而形成類似短路，於是產生尖波電流，需要於輸入回路加入熱敏電阻予以限制，否則會造成斷路器跳脫。一般要求：115Vac時30A Max. ,而230Vac時60A Max.。(d). Max. Input Current : 最大輸入電流（A），出現於最低輸入電壓時，通常加入10 誤差。算法為：Max. Input Current (A) =輸出瓦數X 100 %Vin Min. * Efficiency * Cos * 0.9* 該電流值被要求寫在LAB

10、EL上。(e). Input Efficiency : 輸入效率（），例如：輸出瓦數5W, 輸入瓦數10W,則效率510，即為50 。Input Efficiency (%) =輸出瓦數X 100 %輸入瓦數 輸入瓦數係從瓦特表讀到的實功率值，不含功率因數的虛功率（Cos）(f). AC Input Power Factor : 交流功率因數（Cos），表示輸入電壓與電流的相位差，一般SMPS的輸入阻抗為電容性（因輸入有一個大電容），電壓波形將落後電流波形，而馬達類產品則呈現電感性，電壓波形將超前電流波形；這種使電壓與電流不同相位，將對發電廠造成虛功率，其值的大小為該相位差角度取Cos值，例如

11、：有一部SMPS使AC輸入電壓波形落後電流波形45，則Cos0.707,表示若發電廠供應100瓦交流電力（電表讀到）給該SMPS，則實際功率只有70.7瓦，如果該SMPS的效率為50，則輸出端得到的功率輸出為35.35瓦，意思就是說當我們於該SMPS輸出端負載35.35瓦，對發電廠來說是100瓦的負載（電表讀到）。而一般未加功率因數補償的SMPS，在AC 115V時Cos0.6 ,AC 230V時Cos0.5 ,甚至更低，不難想像為何歐洲要要求SMPS加入功率因數補償線路。附註：功率因數補償線路分為主動式（Active）與被動式 (Pasive)，主動式的Cos0.9 Min.,而被動式的Co

12、s0.7 Typ.4.2. AC 或 DC 輸出要求 :(a). Output Accuracy : 輸出電壓容許誤差值（），一般為5，輸出電壓簡稱 Vo(b). Max. Load : 最大輸出負載電流（A），亦即為該SMPS設計的最大輸出瓦數，因為P VI，例如：一部5V的SMPS，標示最大輸出負載電流 Io 2A,即表示最大持續輸出瓦數10W.(c). Min. Load : 最小輸出負載電流（A），標示最小的輸出負載電流，表示該SMPS為維持輸出電壓穩定，所需的最小輸出電流，Adapter的Min. Load為0 A.(d). Peak Load : 短時間輸出負載電流（A），簡稱：I

13、peak，表示該SMPS可允許短時間的輸出負載電流，通常時間為30秒，而負載為Max. Load的1.21.5倍，視負載的產品而不同。例如傳真機Ipeak為Io的5倍左右，External Hard Disk 為1.4倍左右。(e). Output Ripple : 漣波（mV），由於SMPS本身是靠連續不停的振盪，有一個基本震盪頻率，每一個週期都有ON與OFF，輸出電容不停的充放電，於是輸出電壓上就重疊著一個交流的成分，稱為漣波。該漣波隨負載大小而變,一般為輸出電壓值的1，例如：5V輸出時，漣波規格為50mV Max.(f). Output Noise : 雜訊（mV），以前面SMPS架構中

14、的Fly-Back為例，可以看到初級端有MOS Q1，次極端有Diode D1, 在每一個週期ONOFF時，由於半導體的特性，當打開或關閉時，都會有上升與下降的時間延遲，而在ONOFF轉態時，MOS Q1與Diode D1會有一極短暫的時間是同時ON，此時就電路而言會產生很大的電流通過Q1、D1，於是在輸出電壓上產生雜訊，這同時也是EMI不良的兇手，一般的SMPS很難克服這問題，都是靠輸出端再串一級LC濾波（參見方塊圖），而且規範測試時，示波器頻寬要小於20 MHz,並且需要並聯電容，這實在是不得已的。(g). Hold-Up Time : 維持時間（mS），當AC輸入電壓OFF（關機、停電）

15、時，輸出電壓維持正常的持續時間，通常標示為20 mS / 115Vac,60Hz Full Load ,該值是由輸入電容與變壓器的圈比來決定，電容越大維持時間越長。(h). Rise Time : 輸出上升時間（mS），輸出電壓從10爬升到90的時間，通常為50 mS.(i). Power Good Signal : 輸出OK（mS），一般PC用到多組輸出，為使各電路運作正常，於是需要於開機時，有一個齊步走的訊號，代表各個電壓已完全正常。該訊號的規格為；比5V延遲100500 mS。(j). Power Fail Signal : 輸出Fail（mS），與Power Good是同一個訊號PIN

16、，當電源OFF時該訊號需提早歸零，通知CPU電源已經OFF了，趕快將該存的資料存起來。該訊號的規格為；比5V提早1 mS Min.(k). Over-Shoot : 由於SMPS受限於振盪頻率，對輸出電壓無法像Linear線路般隨時監控著，於是當輸出負載切換時（比如重載切輕載），輸出電壓會有一段盲點，出現往上衝的現象，定義往上衝多少就稱為Over-Shoot，一般為5。(l). Under-Shoot : 如同Over-Shoot，輸出電壓在盲點時也會往下掉，定義往下掉多少就稱為Under -Shoot，一般為5。(m). Line Regulation : 輸入穩壓率（），當輸入電壓由最低（

17、90Vac）變化到最高(135Vac)，此時輸出電壓的變化率稱為Line Regulation，例如：輸入電壓90Vac時Vo = Vo90, 輸入電壓115Vac時 Vo = Vo115, 輸入電壓135Vac時Vo = Vo135，取最大偏差值與115Vac比較時，算法如下Line Regulation (%) =Vo最大偏差值 Vo115 X 100 %Vo115 通常規格為1 (n). Load Regulation : 負載穩壓率（），當負載電流由最低（Min. Load）變化到最高(Max. Load)，此時輸出電壓的變化率稱為Load Regulation，例如：最低負載電流時V

18、o = Vo ML，最高負載電流時Vo = Vo FL，算法如下Load Regulation (%) =Vo ML (Min. Load) Vo FL (Max. Load)X 100 %Vo FL (Max. Load) 此時Min. Load 的大小對負載穩壓率的影響非常大，需要與客戶密切的溝通，如果Min. Load標示太小，而Load Regulation 要求也要小，則勢必要加上假負載在SMPS這一端，造成 Input Efficiency 又比較難符合。 通常規格為 5 ，但會隨著輸出的組數增多或選用的電路架構而不同 測試的定義也會因各個廠家的習慣而不同(o). Cross Re

19、gulation : 交互穩壓率（），當SMPS輸出不只一組時，另外一組負載的輕與重會對本組輸出造成影響，例如：V1 = +5V, V2 = +12V，+12V的負載輕與重情況會造成+5V的輸出變化，再加上+5V本身負載也有輕與重，於是產生4種組合情形，現僅算其中+5V本身於輕載時的算法如下Cross Regulation (%) =+5Vo (+12V 20% Load) +5Vo (+12V 100% Load)X 100 %+5V (+12V 100% Load) 通常規格定義各組負載變化 20 100 Full Load，由於輸出越多則組合情形越多，生產時則選情況最差時的組合條件來測(

20、p). Combine Regulation : 綜合穩壓率（），將Line Regulation 與Load Regulation的條件同時加入SMPS測試，算法同上(q). Transient Recovery Time (Transient Response) : 當負載由規定的速度（AuSec）變化某一個 Full Load時，輸出電壓恢復穩定所需的時間，一般規格為 250 mS Max.4.3. 異常使用保護 (Protection)(a). Over Voltage Protection : 過電壓保護，當輸出電壓上升到某一額定電壓時，過電壓保護電路即發生動作，使輸出電壓降到零或維

21、持某一設定的值，達到保護SMPS的目的；一般規定過電壓為正常電壓的1.11.3倍。(b). Over Current (Load) Protection : 過電流保護，當輸出電流增加到某一設定值時，過電流保護電路即發生動作，使輸出電流不再增加，甚或降到零或維持某一設定的值，達到保護SMPS的目的。通常有加入該參數者，即需要加上定電流電路(c). Over Power Protection : 過功率保護，當輸出瓦數增加到某一設定值時，過功率保護電路即發生動作，使輸出瓦數不再增加，進而往下降直到降為零，達到保護SMPS的目的。(d). Over Temperature Protection :

22、 過溫度保護，當SMPS本身某一含有偵測溫度電路的零件達到設定的溫度時，即觸發電路動作，使該SMPS停止輸出，進而使溫度下降，達到保護SMPS的目的。4.4. 操作環境要求 (Operation Environment)(a). Temperature : 全載情況下，可容許的操作溫度範圍，例如：0 40(b). Humility ： 指該SMPS可容許的濕度環境，例如：2085 RH(c). Attitude ： 指該SMPS可容許的相對高度，例如：10000 ft(d). Vibration : 指該SMPS符合的震動條件，參見各廠家的要求。(e). Shock : 指該SMPS符合的衝擊

23、條件，參見各廠家的要求。(f). Cooling : 冷卻方式，一般有： Air Convection (對流) : 自然散熱 Conduction（傳導）: 以散熱器幫忙散熱 Air Force （風扇）: 以風扇吹4.5. Safety(安規)及各國國家標準(a). Leakage Current : （漏電流）指輸入端對外殼的漏電流量,一般商業用為 750 uA, 一般醫療安規為250 uA,美國地區甚至要求100 uA 以下(b). Hi-Pot Test : （耐高壓測試） 有接地的系統(Class .) 要求：(1). 初級 (Primary) 次級 (Secondary) : 1

24、500 Vac / 60 秒(2). 初級 (Primary) 接地 (F.G.) : 1500 Vac / 60 秒 無接地的系統(Class .) 要求：(1). 初級 (Primary) 次級 (Secondary) : 3000 Vac / 60 秒(c). 常見的安規LOGO 如下： UL . 美國 CSA . 加拿大 TUV . 歐洲 VDE 德國 T-Mark .日本 Semko / Nemko / Demko /Fimko .北歐四國 CE .歐盟4.6. EMI Conduction (電磁傳導) & Radiation（電磁輻射）常見的EMI 要求如下：(a).FCC 美國

25、(b).CISPR 歐盟(c).VCCI . 日本(d).BCIQ . 台灣商檢局4.7. MTBF (Mean Time Before Failure) 可靠度要求常見的MTBF 要求分為兩種 ：(a). 根據 MIL-STD-217 計算預估壽命，一般公司在產品初期大多採用該方式。(b). 實際 BURN-IN ，根據取樣數及不良品數，計算得到產品壽命值。該方式應為最準確的方法，但重點是不良品的定義及測試值的取得，困難度非常高，不是一般公司可以做到的。4.8. 機構：基本要求如下：(a). 外觀形狀如 Metal Case, Open Frame, Plastic case ,有無風扇，風

26、扇氣流量等。(b). PCB 尺寸、限高區標示(c). 輸入、輸出連線方式，使用廠牌型號等(d). LABEL 內容(e). 包裝方式、運輸方法、輸往何方4.9. 名詞解釋：(a). Direct OFF Line : 直接從市電取得供應電力，不需加任何電源變壓器的裝置(b). PWM Circuit ： Pulse Width Modulation Circuit，該電路的頻率固定，當回授電路得知輸出電壓不足時，經由改變波寬大小而使輸出電壓恢復的電路稱之。(c). Current Fold back : 過電流保護的其中一種現象，當負載電流增加到轉換點時，輸出電流反折下降，並使輸出電壓降為零的保護動作稱之。(d). Crow-Bar Protect : 撬桿式過電壓保護，當輸出電壓超過某一預設位準時，輸出端會快速被短路，而使輸出電壓變為零的一種過電壓保護電路。(e). Soft Start : 緩開機，是為一種電路控制方式，可防止SMPS於開機瞬間對輸入端產生巨大的電流需求，得以順利開機，一般在DCDC上很需要這種電路控制方式，這樣可以減低對輸入端的負載效應。