世界各地的監(jiān)管機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始注意到插入墻壁插座的電子產(chǎn)品待機(jī)功率緩慢的問題。國際電工委員會(huì) (IEC) 等委員會(huì)已采取積極措施發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)，例如 IEC62301，指定家用電器的待機(jī)功率限制。類似的標(biāo)準(zhǔn)或其衍生品在世界各地實(shí)施。

傳統(tǒng)上，對此類標(biāo)準(zhǔn)的合規(guī)性測試是在設(shè)計(jì)周期結(jié)束時(shí)進(jìn)行的，但如果設(shè)計(jì)未能通過合規(guī)性測試，情況就會(huì)迅速改變——電路板輪換和重新測試會(huì)變得既昂貴又耗時(shí)。避免此類情況表明需要在設(shè)計(jì)周期的早期進(jìn)行預(yù)一致性測試。

待機(jī)功率測量挑戰(zhàn)

查看隨時(shí)間記錄的電源輸入側(cè)低待機(jī)功率的示例（圖 1），可以立即看出功率非常失真、峰值和不規(guī)則。它也非常低。例如，如果您在歐洲使用 230 V 輸入測量 10 mW 的待機(jī)功率，您的電流可能低至 40 μA。對于 5 mW，電流低至 20 μA。

圖 1：低待機(jī)功率測量通常是尖峰且不規(guī)則的。

低電流會(huì)導(dǎo)致許多問題。波形高度失真，因?yàn)樵诘拓?fù)載下運(yùn)行的電源通常會(huì)消耗非正弦波、峰值因數(shù)非常高的電流。功率因數(shù)很低，因?yàn)殡娏骺赡苤饕峭ㄟ^電源的 EMC 濾波器的容性電流。如果電源處于突發(fā)或打嗝模式以最小化輸入功率，則功率消耗也可能是不規(guī)則的。

在測量待機(jī)功率時(shí)，波峰因數(shù)（即峰值除以 rms 值）通常非常高。要了解原因，請考慮典型 AC-DC 電源轉(zhuǎn)換器的前端（圖 2）。在大多數(shù)情況下，輸入整流器后接一個(gè)旁路電容器，旨在消除輸入電壓紋波并為下一個(gè)轉(zhuǎn)換級提供相當(dāng)穩(wěn)定的直流電。只有當(dāng)旁路電容電壓低于輸入交流電壓峰值時(shí)，輸入電流才會(huì)流動(dòng)。流入電路的電流量和時(shí)間取決于電容器值和總負(fù)載電流。這會(huì)導(dǎo)致輸入側(cè)出現(xiàn)窄而尖的電流。PFC 電路可以設(shè)計(jì)為在滿載時(shí)減輕這種影響，但不幸的是，大多數(shù) PFC 電路在空載時(shí)不活躍。

圖 2：在典型 AC-DC 電源轉(zhuǎn)換器的前端階段，電容器在確定波峰因數(shù)方面起著關(guān)鍵作用。

在處理此類信號時(shí)，另一個(gè)需要牢記的重要問題是功率因數(shù)。傳統(tǒng)上，功率因數(shù)定義為：PF = cos Φ，其中 Φ 是峰值電壓和電流之間的角度差。在這種情況下，非正弦電流與電壓一致，但 VA（電壓電流乘積或視在功率）遠(yuǎn)高于實(shí)際有功功率或?qū)嶋H功率。這意味著，出于所有實(shí)際目的，功率因數(shù)應(yīng)定義為：

PF =有功功率（W）??????? ? ? ? ? 視在功率（VA）

IEC 62301 測試

最新的待機(jī)電源 IEC 62301 第 2 版標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)識(shí)到測試待機(jī)電源所涉及的挑戰(zhàn)，將其考慮在內(nèi)并推薦測試方法。

大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室的墻壁插座電壓質(zhì)量可能不是很好，并且在大多數(shù)情況下，由于電壓諧波含量或超出限制的波峰因數(shù)，可能導(dǎo)致 IEC 備用電源測試失敗。因此，強(qiáng)烈建議使用具有規(guī)定容差的交流電源，即使是用于預(yù)一致性測試。電壓源的電壓和頻率輸出應(yīng)在 1% 以內(nèi)，總諧波含量應(yīng)低于 2%，直至 13 次。電壓峰值因數(shù)??應(yīng)在 1.34 和 1.49 之間。

測量不確定性基于要測量的功率水平以及波形的失真和相移。為了同時(shí)考慮失真和相移，IEC 62301 將最大電流比或 MCR 定義為：

MCR = ? 波峰因數(shù)?? ?????????????? 功率因數(shù)

使用標(biāo)準(zhǔn)中提供的流程圖確定所需的不確定性水平。這定義了測量設(shè)備所需的最低精度和噪聲水平。功率分析儀所需的精度在 1 mW 時(shí)約為 2%，在 0.5 W 時(shí)約為 4%。一些標(biāo)準(zhǔn)（如能源之星）要求更高，在 0.5 W 時(shí)要求精度為 2%。這意味著您的功率分析儀應(yīng)該最小瓦特精度為 2% 或更高，分辨率為 10 mW 或更高。應(yīng)該注意的是，由于存在如此多的可變性，因此需要在測試運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)計(jì)算不確定性，然后將其包含在報(bào)告中。

直接抄表和平均抄表測試方法實(shí)際上都已過時(shí)，最新規(guī)范要求采用抽樣測試方法。測量的穩(wěn)定性是通過所有功率測量的最小二乘線性回歸確定的。當(dāng)直線回歸的斜率小于 10 mW/h（輸入功率 ≤ 1 W）或小于功率的 1%（如果功率大于 1 W）時(shí)，則建立穩(wěn)定性。

測試設(shè)置對于低功率測量至關(guān)重要。在使用功率分析儀的典型設(shè)置中（圖 3），分線盒通過提供兩個(gè)端子來在電源側(cè)和負(fù)載側(cè)之間切換，有助于實(shí)現(xiàn)安全和輕松的連接。

圖 3：在這個(gè)使用 Tektronix PA1000 或 PA3000 功率分析儀的 IEC 62301 測試設(shè)置中，使用分線盒非常有益且安全！

有兩種方法可以連接電壓和電流通道以測量功率。一種方法是負(fù)載上的電壓測量值比電流更準(zhǔn)確，另一種方法是負(fù)載上的電流比電壓更準(zhǔn)確。連接選擇取決于負(fù)載電流是否非常低，或者電壓通道阻抗上的功率消耗是否將是測量的總功率的重要部分。通過將電流測量移至負(fù)載側(cè)，流過電壓通道的電流將被忽略（圖 4，右）。

圖 4：正確連接對于低功率測量至關(guān)重要。

另一方面，如果負(fù)載電流較高，則物理分流器上消耗的功率可能高到足以在功率讀數(shù)中產(chǎn)生錯(cuò)誤。為防止這種情況發(fā)生，功率分析儀電流分流器被設(shè)置為通過將其移向源側(cè)（圖 4，左）來忽略其上的壓降。在使用泰克 PA1000 或 PA3000 功率分析儀進(jìn)行測試設(shè)置的情況下（圖 3），電壓通道上的阻抗為 1 MΩ，1-A 分流器上的阻抗為 600 mΩ。盡管這些值可能因不同的功率測量設(shè)備而異，但大多數(shù)都非常相似。

考慮到阻抗值，當(dāng)從 230 V 供電時(shí)，電壓表通道的壓降為 53 mW。在測量數(shù)百瓦的功率時(shí)，這不是一個(gè)重要的數(shù)字，但當(dāng)功率低至 30 mW 時(shí)，這可以導(dǎo)致非常嚴(yán)重的錯(cuò)誤。

同樣，100 uA 電流的分流器上的功耗僅為 60 uW。但在 1A 電流下，壓降可高達(dá) 600 mW。這種跨測量通道的下降會(huì)顯著影響讀數(shù)并產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。因此，在進(jìn)行連接時(shí)應(yīng)小心謹(jǐn)慎，尤其是在測量非常低的功率值時(shí)。同樣，分線盒通過提供兩個(gè)不同的端子來在電源側(cè)和負(fù)載側(cè)之間進(jìn)行切換來提供幫助。 ?

審核編輯：湯梓紅