开关电源验证方案更改.docx

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开关电源验证方案更改

开关电源验证方案

徐云舟

目录

一、开关电源基础知识3

1.1工作原理3

1.2开关电源分类3

1.3输入特性3

1.4输出特性4

1.5保护功能4

二、开关电源技术指标测试方法5

2.1效率测试5

2.2输入电流测试5

2.3最大输入电流测试6

2.4输出电流测试6

2.5输入电压调整率测试6

2.6负载调整率测试7

2.7输入缓慢变动测试7

2.8输出纹波及噪声测试8

2.9上升时间测试8

2.10下降时间测试9

2.11开机延迟时间测试9

2.12关机维持时间测试9

2.13短路保护测试10

2.14抗电强度测试10

2.15绝缘强度测试11

2.16输入过压，欠压及恢复测试11

2.17输入掉电及恢复测试11

2.18循环测试12

一、开关电源基础知识

1.1工作原理

开关电源将商用交流电（220V-ac）整流后进行电源转换的。

但是，整流后不能通过变压器变压，需要通过半导体告诉开关（三极管和MOSFET）把直流转换为脉冲交流，然后通过高频变压器输出得到所需的电压。

1.2开关电源分类

（1）第一类：

AC/DC变换器；

（2）第二类：

DC/DC变换器；

（3）第三类：

DC/AC逆变器；

我们公司常用的两种电源为第一类和第二类，其中第一类居多。

1.3输入特性

（1）输入电压范围

开关电源的输入电压范围是指可以保证开关电源规格书各项要求的允许输入电压的变化范围，保证开关电源规格书中定义的输入电压为开关电源的输入端子间的电压。

一般有单相交流输入、三相交流输入电压和直流输入电压；我们公司常用的电源为单相交流输入和直流输入。

通常单相开关电源的输入电压范围为：

AC85V~265V，正常使用的输入环境为220V/AC。

（2）频率范围

频率范围是指可以保证开关电源规格书各项要求的输入电压的频率范围，通常单相开关电源的输入电压范围及频率范围为：

47~63Hz，正常使用的输入环境为50Hz。

（3）输入功率

对一个周期内输入电压与电流乘积之积分值，即，P-in=U-rms*I-rms*PF。

其中，PF为功率因数，U-rms为电压有效值，I-rms电流有效值。

通常电源供应器的功率因数为0.6~0.7，而大功率电源供应器具备功率因数校正器，其功率因数通常大于0.95。

当输入电流波形与输入电压波形完全相同时，功率因数为1，即根据其不相同之程度，其功率因数为0~1。

（4）功率因数

功率因数是有功功率与视在功率的比值，即PF=有功功率/视在功率。

其中，视在功率=输入电流*输入电压，单位为V*A，输入电流为开关电源输入电流的有效值，单位为A。

输入电流=输出功率/（输入电压*效率*功率因数）；效率为输出功率与输入有功功率的比值的百分数，即效率=输出功率/输入有功功率*100%。

（5）输入浪涌电流

开关电源刚接入电源时，给输入端滤波电容充电的最大瞬间电流称为输入浪涌电流，单位为A。

输入浪涌电流是选择开关电源外置开关和熔断器的重要参数。

开关电源防止输入浪涌电流的电路有功率热敏电阻方式，晶闸管方式和继电器方式等。

我们公司采购的电源比较常见的为功率热敏电阻方式。

（6）漏电流

开关电源的输入线通过机壳流入大地的电流称为漏电电流，单位为A。

主要是从输入滤波电路的接地电容（Y电容）流入大地的电流。

可以通过减小或去掉接地电容（Y电容）来减小漏电电流，但同时噪声衰减特性将发生相应的变化。

1.4输出特性

（1）额定直流输出电压

开关电源输入端子（+—）间的直流电压称为额定直流输出电压，单位为V-dc。

（2）最大电流

最大电流是指开关电源可以连续提供的最大输出电流。

（3）最小电流：

为了让开关电源稳定工作所需要的最小电流。

（4）最大输出功率

最大输出功率时指开关电源可以连续提供的最大输出功率，单位为W。

最大输出功率=电源的输出端子间的额定直流电压*电源输出端的额定输出电流

（5）负载调整率

负载调整率是指开关电源在输出负载电流变化时，提供其稳定输入电压的能力。

它是指在额定电网电压下，负载电流从零变化到最大时，输入电压的最大相对变化量。

常用百分数表示，有时也用绝对变化量来表示。

（6）纹波电压

纹波电压是指叠加在开关电源输出电压上的微小交流电压的最大值，单位为mVp–p。

（7）保持时间

保持时间是指开关电源输入切断后，到输出电压开始下降的时间，单位为ms。

在停电或瞬间掉电时，由开关电源供电的设备可以利用这段时间进行设备的工作保护。

（8）输出电压可调范围

开关电源输出电压可调范围是指输出电压可以调节的范围，单位为V。

当开关电源有过电压保护功能时，如果将电压调节器旋转过多（输出电压过高），将会由于过电压保护使开关电源关断。

（9）电压设定精度

开关电源出厂时，被设定的输出电压的精度。

1.5保护功能

（1）过电流保护

过电流保护是指为了使开关电源输出电流不超过固定值，因而限制输出电流，同时使输出电压下降而防止开关电源损坏的保护功能。

当开关电源的输出电流超过额定时，开关电源应该限制其输出电流或关闭其输出，以避免负载电流过大而损坏。

（2）过电压保护

当开关电源的输出电压超过其最大的限定电压时，会将其输出关闭以避免损坏负载之电路组件，称为过压保护。

过电压保护使一种对开关电源输出端子间过高电压进行保护的功能。

（3）输出欠电压保护

输出欠电压保护是指当输出电压在标准值以下时，检测输出电压下降或为保护负载及防止误操作而停止电源并发出的报警信号，多为输出电压的80%~30%。

（4）过热保护

过程保护是指在电源内部发生异常或因使用不当而使电源温升超过标时停止电源的工作并发出报警信号。

（5）过功率保护

过功率保护使指当开关电源的输出功率超过额定时，开关电源应限制其输出功率或关闭其输出，以避免负载功率过大二损坏或发生危险。

二、开关电源技术指标测试方法

2.1效率测试

（1）定义

指开关电源把其输入的有关功率转换为有效输出功率的能力。

（2）使用仪器设备

交流电源、电子负载、数字万用表、电量测试仪。

（3）测试条件

环境温度为25℃，输入电压为220V,50Hz，输出负载为满载。

（4）环境草图

供电电源–电量测试仪–被测电源–满载

（5）测试方法

按照测试图接线正确后，开启测试设备和被测试的开关电源，依据测试条件的输入电压，频率和输出负载，记录输入功率数值以及输出电压，电流值。

（6）计算公式

效率（n）=（P。

/Pn）*100%

2.2输入电流测试

（1）定义

在开关电源输入端的电流，其值通常为开关电源输出电流和开关电源空载电流之后。

（2）使用仪器设备

交流电源、电子负载、数字万用表

（3）测试条件

环境温度为25℃，输入电压为220V,50Hz，输出负载为满载。

（4）环境草图

供电电源–电量测试仪–被测电源–满载

（5）测试方法

按照测试图接线正确后，开启测试设备和被测的开关电源，依据测试条件的输入电压，频率和输出负载进行测试。

电量测试仪中记录的输入电流值，即为输入电流。

2.3最大输入电流测试

（1）定义

指在允许的工作条件下，开关电源可能达到的最大输入电流。

（2）使用仪器设备

交流电源、电子负载、数字万用表、钳流表

（3）测试条件

环境温度为25℃，开关电源工作电压为其输入电压范围的下限值。

开关电源所带的负载为最大负载条件。

（4）环境草图

供电电源–被测电源–最大负载

（5）测试方法

按照测试图接线正确后，开启测试设备和被测试的开关电源，依据测试条件，给开关电源提供最低的输入电压（下限值），并给开关电源带上最大的负载，在开关电源稳定10min后，读取输入端的数值，即为最大输入电流。

2.4输出电流测试

（1）定义

指开关电源在一定输入电压，频率，负载时的输出电流值。

（2）使用仪器设备

交流电源、电子负载、数字万用表、钳流表

（3）测试条件

环境温度为25℃，输入电压为85V~265V，负载为额定负载。

（4）环境草图

供电电源–被测电源–额定负载

（5）测试方法

按照测试图接线正确后，开启测试设备和被测试的开关电源，依据测试条件的输入电压，频率和输出负载进行测试。

固定输入电压与频率，依据条件设定CV模式下的输出电压，待输出稳定时记录输出电流值。

切换输入电压与频率，记录不同输入电压时的输出电流值。

注意事项：

在记录输出电流前，待测开关电源电流值需要稳定。

2.5输入电压调整率测试

（1）定义

指在开关电源的输入电压范围内，在输出负载一定而输入电压变动时，随着输入电压的变化，输出电压会出现一定的变化，输出电压随着输入电压变化的百分比就是电压调整率，即为开关电源稳定输出电压对电源输入电压变化（最小值~最大值）的调整性。

输入电压调整率又叫线路调整率，一般要求不超过±0.1%。

（2）使用仪器设备

交流电源、电子负载、数字万用表

（3）测试条件

环境温度为25℃，输入电压为85V~265V，负载为最大和最小负载。

（4）环境草图

供电电源–被测电源–负载

（5）测试方法

依据规格设定测试的负载条件，调整输入电压和频率值，记录开关电源输出电压值是否在规格内。

设置可调负载装置，使电源满载输出；调节交流电源，使输入电压为下限值，记录对应的输出电压U1，增大输入电压到额定值，记录对应的输出电压U0；调节输入电压为上限值，记录对应的输出电压U2。

取最大偏差电压与标称输出电压下的输入电压U0相比，以百分数来表示，就是电压调整率。

（6）计算公式

电压调整率=【（U-U0）/U0】*100%

2.6负载调整率测试

（1）定义

指开关电源在额定电压下工作，随着负载的变化，输出电压也会出现一定的变化，输出电压随着负载变化的百分比就是负载调整率。

即开关电源的稳定输出电压对其负载电流变化的调整性，常规定义为≤±5%。

（2）使用仪器设备

交流电源、电子负载、数字万用表

（3）测试条件

环境温度为25℃，输入电压为85V~265V，负载为最大和最小负载。

（4）环境草图

供电电源–被测电源–负载

（5）测试方法

依据规格设定测试输入电压和频率值，调整输出负载值，记录待测开关电源输出电压值是否在规格内。

输入电压为额定值，输出电流取最小值，记录最小负载量的输出电压U1；调节负载为50%满载，记录对应的输出电压U0；调节负载为满载，记录对应的输出电压U2。

（6）计算公式

负载调整率=【（U-U0）/U0】*100%，其中，U为U1和U2中相对U0变化较大的值。

（7）注意事项

测试前先将待测开关电源热机，待其输出电压稳定后再进行测试。

2.7输入缓慢变动测试

（1）定义

指当输入电压缓慢变动时，开关电源需能自我保护，且不能有损坏现象。

（2）使用仪器设备

交流电源、电子负载、数字万用表、电量测量仪

（3）测试条件

环境温度为25℃，依据SPEC要求，设定输入电压为AC90V或AC180V，输出负载为最大负载。

（4）环境草图

供电电源–电量测试仪–被测电源–电子负载

（5）测试方法

将待测开关电源与供电电源和电子负载连接好，且设定好输入电压和输出负载。

逐步降低输入电压，每次3V/min，记录电压值（包括输入电压和输出电压），直到待测试开关电源自动停机为止。

设定好输入电压为0V，逐步调升输入电压，每次3V/min，直到待测开关电源输出电压达到正常规格为止，记录电源启动时输出电压和输入电压值。

（6）注意事项

待测开关电源在正常工作情况下，不应有任何不稳动作及失效情形发生，开关电源自动停机和启动时的输入电压需小于输入电压范围下限值。

2.8输出纹波及噪声测试

（1）定义

纹波又称周期与随机偏移，即在全部影响量和控制量均保持恒定的情况下，在规定的带宽内，直流输出量对其平均值的周期和随机偏移，可以用有效值Urms或峰-峰值Up-p表示。

即，夹在在开关电源直流输出上的交流电信号。

（2）使用仪器设备

交流电源、电子负载、示波器

（3）测试条件

环境温度为25℃，输入电压为额定值，输出负载为空载到满载。

测量端并联一个0.1uF的无极性电容和一个10uF的电解电容，如产品规格无要求则不需以上处理，直接测量即可。

（4）环境草图

供电电源–被测电源–示波器–电子负载

（5）测试方法

按环境草图接好各测试仪器，设备以及待测开关电源。

对应测试纹波应把数字示波器TIME/DIV调制10us，带宽设为20MHz，测量周期偏离值即为纹波Urms。

对于输出噪声电压测试，应把数字示波器TIME/DIV调制0.5s，数字示波器带宽设为20MHz，测量到的随机偏移的峰-峰值即为噪声电压Up-p。

2.9上升时间测试

（1）定义

指开关电源开机时其输出电压从10%上升到90%时所需要的时间，常规定义≤20ms。

（2）使用仪器设备

交流电源、电子负载、数字示波器。

（3）测试条件

环境温度为25℃，输入电压为额定电压，负载为满载。

（4）环境草图

供电电源–被测电源–示波器–电子负载

（5）测试方法

按照环境草图接好线，依据测试条件的输入电压，频率和输出负载进行测试。

顺电上电，用示波器ch1电压探头抓取电压信号，把光标锁定到规定的上下限值，读取相应的数值。

2.10下降时间测试

（1）定义

指开关电源在关机时，其输出电压从90%下降到10%时所需要的时间，常规定义≥5ms。

（2）使用仪器设备

交流电源、电子负载、数字示波器

（3）测试条件

环境温度为25℃，输入电压为额定值，输出为满载。

（4）环境草图

供电电源–被测电源–示波器–电子负载

（5）测试方法

按照环境草图接好线，开启测试设备和被测试的开关电源，依据测试条件的输入电压，频率和输出负载（满载）。

瞬间断电，即断掉输入端的电压，用示波器ch1电压探头抓取电压信号，把光标锁定到规定的上下限值，读取相应的数值。

2.11开机延迟时间测试

（1）定义

指给开关电源提供工作电压到开关电源开始产生稳定输出的时间，常规定义为≤3000ms。

（2）使用仪器设备

交流电源、电子负载、数字示波器

（3）测试条件

环境温度为25℃，输入电压为额定电源，输出为满载。

（4）环境草图

供电电源–被测电源–示波器–电子负载

（5）测试方法

按照环境草图接好线，开启测试设备和被测试的开关电源，依据测试条件的输入电压，频率和输出负载进行测试。

同时，示波器需用使用2个通道的电压探头来抓取电压信号。

Ch1抓取输入端的AC电压，Ch2抓取输出端的DC电压，根据抓取到的电压信号来确定时间差。

2.12关机维持时间测试

（1）定义

指开关电源切断输入后，其稳定输出电压仍然维持在所规定范围内的时间。

常规定义≥10ms/AC115V;≥20ms/AC230V。

（2）使用仪器设备

交流电源、电子负载、数字示波器

（3）测试条件

环境温度为25℃，输入电压为额定电压，输出为满载。

（4）环境草图

供电电源–被测电源–数字示波器–电子负载

（5）测试方法

按照环境草图接好线，开启被测设备和被测试的开关电源，依据测试条件的输入电压，频率和输出负载进行测试。

同时，示波器需用使用2个通道的电压探头来抓取电压信号。

Ch1抓取输入端的AC电压，Ch2抓取输出端的DC电压，根据抓取到的电压信号来确定时间差。

注意事项：

测试前先将待测开关电源热机，待其输出电压稳定后再进行测试。

2.13短路保护测试

（1）定义

具有输出短路保护功能的开关电源，当开关电源的输出发生短路时，开关电源应该限制其输出电流或关闭其输出。

（2）使用仪器设备

交流电源、电子负载、低阻抗短路夹、万用表

（3）测试条件

环境温度为25℃，依据SPEC所规定的输入电压和负载值，采用低阻抗短路夹将开关电源输出短路。

（4）环境草图

供电电源–被测电源–电子负载

（5）测试方法

按照环境草图接好线，依据测试条件输入电压和负载值（满载），将开关电源输出进行短路（应靠近输出端处短路）。

开机后短路，短路后开机各测试10次，每次3分钟。

备注：

不具有短路保护功能的电源无需要测试。

2.14抗电强度测试

（1）定义

为了符合安全要求，在开关电源输入和输出端，输入与大地端，输出端与大地端之间施加所要求的电压进行绝缘性能测试。

（2）使用仪器设备

耐压测试仪

（3）测试条件

环境温度为25℃，依据spec要求的耐压值。

（4）环境草图

耐压测试仪–被测电源

（5）测试方法

①输入–输出，AC3000V，时间1min，漏电电流设为10mA；

②输入–大地，AC1500V，时间1min，漏电电流设为10mA；

③输出–大地，DV500V，时间1min，漏电电流设为10mA；

④通过标准：

漏电流＜10mA，且无飞狐现象。

备注：

有些电源输出端负极与大地是连接在一起的，这时候不需要测试输出对大地。

2.15绝缘强度测试

（1）定义

通过在被测两级（输入，输出和大地）之间，施加相应的电压计算出来的电阻值。

（2）使用仪器设备

绝缘阻抗测试仪

（3）测试条件

①环境温度为25℃，开关电源不工作；

②依据SPEC的要求施加500Vdc电压后进行测试的绝缘阻抗值要高于10MΩ（常规定义）。

（4）环境草图

缘阻抗测试仪–被测电源

（5）测试方法

①输入–输出，DC500V，时间1min，大于10兆Ω；

②输入–大地，DC500V，时间1min，大于10兆Ω；

③输出–大地，DC500V，时间1min，大于10兆Ω。

备注：

有些电源输出端负极与大地是连接在一起的，这时候不需要测试输出对大地。

2.16输入过压，欠压及恢复测试

（1）定义

当开关电源输入电压高于或低于某一值时，开关电源即自行关断输出；而当输入电压回落到某一值时，开关电源又自行恢复输出。

（2）仪器设备

供电电源、电子负载、万用表

（3）测试条件

环境温度为25℃，开关电源输出为半载或按产品规格要求。

（4）环境草图

供电电源–被测电源–电子负载

（5）测试方法

①按环境草图连接好测试电路，在相应的负载条件下让开关电源正常工作；

②慢慢调高开关电源的输入电压，直到开关电源输出关断，此时的输入电压值即为输入过压点；

③慢慢往回调低开关电源输入电压，直到开关电源又恢复输出，此时的输入电压即为输入过压恢复点；

④然后调低输入电压直到开关电源关断输出，此时的输入电压即为输入欠压点；

⑤接着再往回慢慢调高电压，直到开关电源恢复输出，此时的输入电压即为输入欠压恢复点。

备注：

输入输出电压变动范围应该在SPEC要求内。

2.17输入掉电及恢复测试

（1）定义

当输入电压偏低时，待测开关电源需能自我保护，且不能有损坏现象。

（2）使用仪器设备

交流电源、电子负载、万用表

（3）测试条件

环境温度为25℃，依据SPEC要求输入电压为AC90V或AC180V和输出负载（最大载）。

（4）环境草图

交流电源–被测电源–负载

（5）测试方法

①按照环境草图连接好待测开关电源以及交流电源和电子负载；

②逐步调降输入电压，每次AC3V/min,记录电压值（包括输入电压和输出电压），直到开关电源自动宕机为止；

③设定好输入电压为AC0V，逐步调升输入电压，每次AC3V/min，直到待测开关电源输出电压达到正常为止，记录电压启动时输出电压和输入电压值。

2.18循环测试

（1）定义

指开关电源在循环开关时是否能承受连续开关操作下的冲击。

（2）使用仪器设备

交流电源、电子负载、数字示波器、电源开关测试仪。

、

（3）测试条件

①输入电压为AC115V/AC230V；输出负载为满载；

②ON时间为5s，OFF时间为5s，循环次数＞5000次；

③环境温度为25℃。

（4）环境草图

供电电源–开关电源测试仪–被测电源–负载

（5）测试方法

按照环境草图接好线，将开关电源测试仪按测试条件设置好，ON5s，OFF5s，为一个周期，总共测试周期为5000次循环；测试过程中每完成1000周期时，记录产品的输入功率和输出电压，待试验稳定后，确定待测开关电源在试验前后的电气性能是否有差异。