干货 | 手把手教你，如何测试电源的效率
最新更新时间：2023-09-07
阅读数：
▲ 更多精彩内容 请点击上方 蓝字 关注我们吧！
效率是电源测试中十分常见的测试项，高效的电源表现是众多厂家一直追求的目标。在芯片的规格书中，一般会提供几种常见输入输出应用下的效率曲线。当我们实际的应用范围与规格书上不同，或者在demo板的基础上我们进行了其他改动时，就需要重新进行效率测试。本文就来讲一讲如何进行效率测试以及一些注意事项。欢迎指正与补充。
1. 测量值
根据效率的计算公式可知
1. 测量值
根据效率的计算公式可知
在测效率时，需要测得Vin、Vout、Iin、Iout这四个值（或者Pout和Pin），进行计算，即可得到最终结果。
2. 四表法
最常见的效率测量方式是四表法，即用四个万用表来测得以上四各参数。常见的万用表都是同时具有电流档和电压档的。
连接示意图如下：
2. 四表法
最常见的效率测量方式是四表法，即用四个万用表来测得以上四各参数。常见的万用表都是同时具有电流档和电压档的。
连接示意图如下：
tips：
- 使用电流档时，需将万用表串联在电路中，注意电流流向；使用电压档时，则是并联，注意正负极。
- 使用电流档时，需将万用表串联在电路中，注意电流流向；使用电压档时，则是并联，注意正负极。
- 使用电流档时，一开始要用安培档，若是显示位数不够精确时，再更换至毫安档进行测试。用毫安档进行测试的情况下，调高负载电流时，要注意是否超过毫安档量程（一般在400mA）。若是不小心超过量程，会导致万用表内保险丝烧毁，更换保险丝后，才能继续使用毫安档进行测试。
- 两个电压表都接在板端，且连接线尽量短。不要接在电源端和负载端去读取数据，这样会较多地计入连接线上的产生的损耗，影响测试结果。
- 若想用电子负载直接读取输出部分的数据，可以用圆环连接线，圆环端直接焊在demo板上，另一端连接至电子负载。这样测试产生的损耗比直接用夹子连接产生的少。但一般还是会比用万用表测得的效率低些。
- 若是遇到超过万用表量程的情况，可以用电子负载读数，也可以用量程范围较大的功率计直接测量输出功率。
3. 测试步骤
以简单的BUCK电路为例，效率测试的步骤大致如下：
3. 测试步骤
以简单的BUCK电路为例，效率测试的步骤大致如下：
（1）确定需要测试的条件：输入输出电压以及输出电流。在轻载电流部分，需要多取几个点；重载部分，取点间隔可以稍大。例如，Iout=0-6A，测试点可取：0A, 0.1A, 0.3A, 0.5A, 0.8A, 1A, 1.5A, 2A, 2.5A, 3A, 3.5A, 4A, 4.5A, 5A, 5.5A, 6A。
（2）确认测试板在测试条件下工作正常，输入输出电压正确，观察SW波形，在轻载和重载时SW波形都正常，无啸叫和异常发热。
（3）断电，按照上述示意图，将四个万用表接入电路，电流表置于安培档位。连接完成后，重新上电。
（4）上电后，即可按照测试条件，慢慢调整负载电流，需要等万用表上数值稳定后，再记录测试数据。输入电压可能会随着负载电流的上升有所下降，低于测试条件。此时，需要适当抬高输入电压，尽量保持测试输入电压的万用表上的数据与测试条件一致。
4. 报告形式
除了将测试到的Vin Vout Iin Iout 填入表格，得到相应的计算结果。为了更直观地表现结果并与其他芯片做对比，一般会画出效率曲线。
4. 报告形式
除了将测试到的Vin Vout Iin Iout 填入表格，得到相应的计算结果。为了更直观地表现结果并与其他芯片做对比，一般会画出效率曲线。
如下图，是MP4581在Vin=24V/36V/48V, Vout=12V, Iout=1mA-800mA情况下测得的效率结果：
一般DCDC电源的效率在轻载时较低，最高效率点出现在较重载的时候。效率曲线较为平滑，如果画出的效率曲线出现突然上冲或者下落的点，可以重新测试那一点的效率，确认数据的正确性。
效率测试得到的结果有时并不尽如人意，当效率没有达到预期值时，可以用哪些方法来进行优化呢？此处列出以下几种，以供参考，也欢迎补充和指正。
1. 更换器件
在基础的DCDC电路中（此处依旧以BUCK 电路为例），有不少器件上都会产生损耗，从而影响效率：
a. 电感DCR ：指的是电感的直流电阻（即线圈的电阻），可将其与普通电阻一样视为耗能元件，在流过电流时，会产生损耗。故选择DCR更小的电感，可以达到减小损耗，提升效率的效果。
b. 电容ESR ：由于所有的器件都不是理想元件，实际的电容都具有寄生参数ESR（等效串联电阻）。当电流流过，ESR越大，则电阻损耗的功率越大，不仅会对效率有影响，还会影响电容寿命。故降低电容ESR也可以达到提高效率的效果。也可以采用多个电容并联的方式来降低ESR。
c. MOSFET ：目前常用的同步DCDC变换器中，都有MOSFET的存在。Rdson指的是晶体管的导通阻抗（可在器件规格书上找到），这一规格直接决定了MOSFET的功率效率。 小的Rdson 值有利于减小器件导通期间产生的损耗。
1. 更换器件
在基础的DCDC电路中（此处依旧以BUCK 电路为例），有不少器件上都会产生损耗，从而影响效率：
a. 电感DCR ：指的是电感的直流电阻（即线圈的电阻），可将其与普通电阻一样视为耗能元件，在流过电流时，会产生损耗。故选择DCR更小的电感，可以达到减小损耗，提升效率的效果。
b. 电容ESR ：由于所有的器件都不是理想元件，实际的电容都具有寄生参数ESR（等效串联电阻）。当电流流过，ESR越大，则电阻损耗的功率越大，不仅会对效率有影响，还会影响电容寿命。故降低电容ESR也可以达到提高效率的效果。也可以采用多个电容并联的方式来降低ESR。
c. MOSFET ：目前常用的同步DCDC变换器中，都有MOSFET的存在。Rdson指的是晶体管的导通阻抗（可在器件规格书上找到），这一规格直接决定了MOSFET的功率效率。 小的Rdson 值有利于减小器件导通期间产生的损耗。
除了导通损耗，会影响效率的还有器件的开关损耗。开关损耗的产生来自于器件开关瞬间，其电流与电压曲线的交叠面积（如下图）。故提高MOS管的开关速度和驱动速度也能提高效率。
如今，由于对高集成度的追求，很多的电源芯片都将开关管集成在了芯片内部，此时就不存在对MOS管单独选型的问题，而是对电源芯片的直接选择。
2. 降频
开关损耗的降低，不仅可以通过提高开关管的速度，也可以通过降频来达到。轻载时，开关损耗几乎不变，由于输出功率较低，所以效率下降很多。
2. 降频
开关损耗的降低，不仅可以通过提高开关管的速度，也可以通过降频来达到。轻载时，开关损耗几乎不变，由于输出功率较低，所以效率下降很多。
电源输出轻载电流时，工作在PFM（pulse-frequency modulation）模式；在输出重载时，工作在PWM（pulse-width modulation）模式。
来源：MPS官网
推荐阅读
· END ·
京公网安备 11010802033920号