隨著眾多新品手機(jī)快充技術(shù)的應(yīng)用，大家對(duì)以 GaN、SiC 為代表的快充充電器增加了 更多的關(guān)注。由于 GaN、SiC 等新型半導(dǎo)體的寬禁帶等特性，使得以其為核心的電源 具有更高的開關(guān)速度、更低的開關(guān)損耗和更高的轉(zhuǎn)換效率，使得充電器可以更小巧， 更節(jié)能環(huán)保。在電動(dòng)車，便攜電子設(shè)備中得到的愈加廣泛的應(yīng)用。 在開關(guān)電源類產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中，電源的轉(zhuǎn)換效率、輸出電壓紋波和電源電能質(zhì) 量都是直接影響開關(guān)電源質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

原理描述/工作方式

開關(guān)電源的典型原理框圖如下：

電源的電能質(zhì)量

如下參數(shù)為衡量開關(guān)電源電能質(zhì)量的主要指標(biāo)。我們?cè)谕ㄟ^(guò)測(cè)試電源線上的電源 輸入及質(zhì)量進(jìn)行開關(guān)電源電能質(zhì)量測(cè)試時(shí)，這些參數(shù)也是主要的測(cè)試項(xiàng)。

 V_RMS：為供電交流電源的電壓有效值；

I_RMS：為開關(guān)電源工作狀態(tài)輸入交流電源的供電電流有效值；

視在功率：等于 V_RMS 與 I_RMS 的乘積，表示輸出給開關(guān)電源的電量容量， 單位為 VA；

有功功率：指電源單位時(shí)間實(shí)際消耗的電能量，是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能 量的電功率，單位為 W；

無(wú)功功率：是指在具有電抗元件（電容和電感）的交流電路中，為建立交變磁 場(chǎng)和感應(yīng)磁通而需要的電功率。該部分能量在電源與電感元件間交換，但不 轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和熱能。單位為 VAR；

 PF 功率因數(shù)：等于有功功率與視在功率的比值，表示開關(guān)電源對(duì)交流電源電 量的利用效率。功率因數(shù)越低，代表無(wú)功功率越大。除了電感電容等元器件產(chǎn) RIGOL 應(yīng)用指南/技術(shù)說(shuō)明書 7 生的無(wú)功功率，非線性器件造成的高頻諧波成份，也會(huì)帶來(lái)一部分無(wú)功功率。

φ相角：開關(guān)電源中的相角主要是指在開關(guān)電源工作狀態(tài)，交流供電線路電 壓與電流的相位差。

電源的轉(zhuǎn)換效率

開關(guān)電源轉(zhuǎn)換效率的主要影響因素為：開關(guān)器件的開關(guān)損耗、導(dǎo)通損耗，磁性器 件的鐵損，銅損等。其中開關(guān)損耗是其中重要的因素。 在 MOSFET 及 IGBT 等開關(guān)器件在開關(guān)導(dǎo)通及截止關(guān)閉過(guò)程中，由于電路中的 電感元件及功率器件的電子漂移速度的影響，在導(dǎo)通瞬間，電壓不能馬上變?yōu)?0， 而電流已經(jīng)開始上升；在關(guān)閉瞬間，電流不能馬上變?yōu)?0，而電壓已經(jīng)上升。所 以會(huì)產(chǎn)生開關(guān)損耗。

優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，選擇具有理想開關(guān)特性的功率器件或者軟開關(guān)等技術(shù)，可以有效 降低開關(guān)損耗，提高開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率。

電源輸出電壓紋波

開關(guān)電源輸出電壓的紋波輸出電壓主要來(lái)自功率器件導(dǎo)通與關(guān)閉時(shí)脈動(dòng)電流在 輸出濾波電容上產(chǎn)生的電壓波動(dòng)，通常在幾百 kHz 以上，低頻部分主要來(lái)源為電 源工頻干擾及其諧波。 開關(guān)電源電路中產(chǎn)生的諧波會(huì)影響負(fù)載及電網(wǎng)中其他用電設(shè)備的正常工作。為了 控制用電設(shè)備的諧波指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，歐盟發(fā)布的 IEC61000-3-2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了開關(guān)電源 需要符合的電流諧波標(biāo)準(zhǔn)。

電源電能質(zhì)量與功率效率測(cè)試環(huán)境搭建

測(cè)試準(zhǔn)備如下：

1. 將 RP1100D 高壓差分探頭連接到示波器 DS7054 的 CH1; 并將探頭勾住電源輸 入端的 L 線與 N 線。 應(yīng)用指南/技術(shù)說(shuō)明書 10

2. 將 RP1001C 電流探頭連接到示波器 DS7054 的 CH2，并執(zhí)行消磁及調(diào)零；

3. 將 RP1001C 電流探頭勾住電源輸入端的 L 線。

4. 開關(guān)電源的輸出端與電子負(fù)載 DL3031A 的輸入端連接；

Step1 執(zhí)行通道延遲校正

1. RPA246 偏移校正夾具通過(guò) USB 線供電后，將 RP1100D 的正負(fù)極連接到夾具的電壓 正負(fù)極；將 RP1001C 電流探頭夾在夾具的電流環(huán)路。如圖所示。

2. 之后調(diào)節(jié)示波器設(shè)置使 CH1 和 CH2 通道信號(hào)的上升沿顯示在屏幕中間，通過(guò)通道延 遲調(diào)節(jié)，消除示波器兩個(gè)通道的時(shí)間延遲，讓兩通道的信號(hào)重合。

3. 完成通道延遲校正后，將 RP1100D 連接開關(guān)電源 AC 供電的火線和零線，探頭衰減 與示波器 CH1 探頭比均設(shè)為 X200；RP1001C 鉗在火線上，衰減設(shè)為 100mV/A，示 波器 CH2 探頭比設(shè)為 X10。

Step2 負(fù)載設(shè)置及測(cè)試

1. 按下 DL3031A 的 CC 恒流按鍵，調(diào)整 CC 電流使恒壓輸出電源輸出額定功率或 1/2 額定功率，按下 ON/OFF 按鍵打開 CC 功能。 對(duì)于 LED 驅(qū)動(dòng)等恒流輸出電源，按下 DL3031A 的 CV 恒壓按鍵，調(diào)整 CV 電壓使 恒流輸出電源輸出額定功率或 1/2 額定功率，按下 ON/OFF 按鍵打開 CV 功能。

2. 記錄 DL3031A 屏幕上顯示的功率值，為開關(guān)電源的輸出功率 Pout。

Step3 執(zhí)行電源電能質(zhì)量測(cè)量

1. 按下示波器屏幕左下角的多功能按鍵，在彈出的菜單中選擇電源分析，分析類型 選擇電源質(zhì)量，在源中設(shè)置 CH1 為電壓通道，CH2 為電流通道。并打開顯示功 能。此時(shí)在示波器的屏幕上會(huì)顯示電源質(zhì)量測(cè)試結(jié)果。

2. 記錄 Real Power（有功功率）為開關(guān)電源的輸入功率 Pin。

3. 根據(jù) Pout/Pin，計(jì)算得到此開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率。

Step4 執(zhí)行電流諧波測(cè)量

1. 將示波器通過(guò) USB 線纜與 PC 連接；

2. 打開 PC UPA 軟件，并配置電流諧波測(cè)試參數(shù)；

3. 點(diǎn)擊軟件執(zhí)行測(cè)試，在軟件上會(huì)直接顯示諧波的通過(guò)情況。

使用示波器與直流電子負(fù)載即可快速完成電源產(chǎn)品的質(zhì)量測(cè)試，替代了之前使用功率分析儀及 復(fù)雜軟件操作才能進(jìn)行的電源質(zhì)量測(cè)試方法，大大節(jié)省測(cè)試的成本。