电源测试范文

电源测试范文（精选10篇）

电源测试 第1篇

但从基本结构上来看, 串联稳压电路实在缺少创意, 大型电源上仍然为一品当朝, 其效率低、调整管功耗大的缺点, 至今为人们所垢病。

能不能采用效率高、管耗小的高频开关电源呢?答案是在很多场合, 如无刷电机检测方面, 根本无法正常使用, 原因很简单, 开关电源输出并不纯净, 在阻性负载时并无影响, 但接PWM方式工作的脉动很大的负载时就力不从心了。

这也是现在大型电源采用串稳结构为主的主要原因, 当然厂家也作了很多努力, 如为了减少调整管功耗, 采用分抽头输出电源变压器, 在外部电压需求变化时, 继电器控制跟踪调节, 自动调整抽头位置, 此举大大降低调整管功耗, 改善了系统效率。当然也使原来并不简单的结构更为繁复。

常规结构的大型稳压电源, 很难为广大电子爱好者仿制, 当然也包括很多在技术力量不足的厂家。为什么不能够独出心裁, 制造出结构简单、实用的大电源来, 首先必须在基本构思上有一个突破, 路还是有的。

本人曾经供职的公司是无刷电机生产厂家, 生产24V～36V/200W自行车电机, 每个电机都必须经过加载运行试验, 需要12V～45V可调, 最大20A测试用可调稳压电源。这个任务落在本人身上。为此, 考虑了很多结构:最后决定采用30A/380V交流调压模块为控制器件, 串联在电源变压器初级, 变压器次级整流滤波输出相应直流电压。

该模块为双向间闸管全角控制型, 控制电压0～5V, 控制部份与开关部份绝缘, 而且散热器与内部器件绝缘, 有很多品牌, 我用的杭州西子固态继电器厂产品。

控制方案设计:控制电压由5V电源用电位器分压调节设定, 与输出直流电压取样信号比较处理后, 送到模块输入端。另外, 运行中检测到电流很大时, 保护电路随机动作, 关闭模块并自锁, 直至按下复位钮解除。

电源变压器选用1KW, 220V输入、45V输出的控制变压器, 为了担心出现晶闸管调节时带来波形崎变, 引起异常发热和机振现象, 作了多次长时间模拟试验, 结果除变压器在低电压大电流时略有振动外, 无其他异常迹象。证明变压器可以在晶闸管调压工况下运行。

一、电路元器件介绍如下

UT为50A/380V单相调压型晶闸管模块, 其工作模式为过零触发, 控制电压0-5V控制导通角度。和整流器模块共用200X120铝成品散热器, 12V/0.45A风机作为强制风冷风源。B1为1KW/220V控制变压器, 次级45V, L1、C1为8A电源滤波器, K2为双刀10A电源开关, C3、R1为消振元件。D1～D4为全波整流二极管模块, C4大容量电解电容, RL为假负荷电阻。

LM2576ADJ、D5、L1、C6、R2、R3、组成12V稳压电源, 向风机、IC1、7805供电, 7805、C7、C8为5V稳压器组件。其基本电路如图1。

读者可以看出:电路结构非常简单, 其电气性能也达到作为电机测试电源的参数要求, 能输出20～42V直流电压:调定电压值后, 电流从0～18A变化时, 电压变化率为0.55V, 这虽然相对精密稳压器仅变化0.15V是大了一些, 但己经能满足测试要求, 因为对厂家来说, 该电源无非是一种定量用测试工具, 希望结构上牢固皮实、经久耐用作为第一需求:事实上该电源非常合乎这种需求。其中一个电源表现不凡, 竟创造了三年无需修理的纪录!

二、电路介绍

图中220电源相线输入B1初级一端, 初级另一端接模块晶闸管一侧、晶闸管另一侧接中线, 晶闸管在交流波形过零后导通, 其导通角度, 由控制端输入电平所操控, 输入电压幅度0V时, 导通角为0, 输入5V时全角导通。所以控制电压变化使输入到初级的交流电压相应变化, 由于B1初、次具固定的比值, 所以耦合到次级的电压产生变化, 经整流滤波后得到预期幅值的直流电压。需要说明的是、调压模块的容量选择取裕量较大的原因:模块驱动感性负载, 工作在切波状态, 耐压、电流值要取很大裕量。

12V电源由LM2576HV和D5, L1、C6等组成:其输入电源允许在7～60V之间变化, 从输入电压上无需另置输入电源, 直接取电工作电源的另一个原因实现失电保护工况, 发生短路和过流保护动作后, 工作电源失电后使12V电源和5V电源相继失电使系统关闭而停止工作, 其机理详见后述。

稳定的12V电压还供给12V风机、IC1和下一级5V稳压电源使用。

IC1A、R12、R13、W1、R14组成电压设定信号处理电路, 信号输送到IC1B同相端, 与IC1B反相端输入的反馈信号作比较处理后, IC1B输出控制信号到模块控制端。IC1A工作于跟随器模式。

IC1B为减法器模式工作, 可以看出设定信号与电压反馈信号相减后放大1.4倍输出, 其增益为R15、R16、R19、R18比值决定, 且R18=R16, R15=R19, 如果设计使增益加大, 可能造成过补偿现象出现, 负载电流加大时输出电压反而上升。

IC1D、R6、R7、R8、C10组成I/V变换放大电路, 其增益为11倍, IC1C、R9、R10、R11组成比较器, 一旦电流信号经过I/V变换放大后电压>1C1C反相输入端的基准信号, IC1C迅速翻转为高电平, 此时D6向C9充电, C9通过R17使7002导通, IC1B输出的控制电压被下拉到0, 致使模块晶闸管侧快速关断, 此时次级电压消失, 工作电源电压为零, 12V和5V因各级滤波电容延迟短时间也放电归零。此时虽末关闭220电源, 但系统已处于失电状态。整机电流消耗仅为模块晶闸管侧漏电流。短期内要重启时须按K1后使C9放电, 并重新关闭开启电源开关K2即可。

D6、C9的设置防止12V电源末失电时, IC1C反复翻转, 使模块反复开关造成器件损坏!由于D6的单向馈电和C9的存贮效应, 使模块保持一定时间关闭状态。从而使系统失电或者排除故障有充裕的时间。

此电源有一个用途是作无刷电机耐久性测试, 全天候不间断工作, 在夜里常常是无人值守。由于电机损坏、控制器损坏引起短路也常发生。采用上述失电保护方案, 可以更好保护设备安全, 避免不必要的耗电。

无此要求时:12V电源另由独立电源供电, 系统保护后能保持很长时间的自锁, 而且复位极为便利, 按下K1即可重新工作。无需操作电源开关K2来实现了。所以使用独立电源后的工况与前者相比截然不同!

电源和电流模拟测试题 第2篇

1．下列叙述中正确的是

A．导体中电荷运动就形成电流

B．国际单位制中电流的单位是安

C．电流强度是一个标量，其方向是没有意义的

D．对于导体，只要其两端电势差不为零，电流必定不为零

解析：选BD.电流产生的条件包括两个方面：一是有自由电荷；二是有电势差．导体中有大量的自由电子，因此只需其两端具有电势差即可产生电流，在国际单位制中电流的单位为安．

2．关于电源以下说法正确的是()

A．电源的作用是在电源内部把电子由负极不断地搬运到正极，从而保持两极之间有稳定的电势差

B．电源的作用就是将其他形式的能转化为电能

C．只要电路中有电源，电路中就一定有电流

D．电源实质上也是一个用电器，也需要外界提供能量

解析：选B.电源的作用是维持正、负极之间恒定的电势差，这需要电源不断地将负电荷向负极聚集，将正电荷向正极聚集，外电路中自由电子在电场力的作用下向正极移动，在电源内部，需要将正极上的电子搬运到负极，维持电势差不变，故A错．从能量角度来看，电源在搬运电荷的过程中，需要克服电场力做功，将其他形式的能转化为电能，B对．电路中有电流不仅需要电源，还需要电路是闭合的，故C错．电源是对电路提供能量的装置，故D错．

3．给一粗细不均匀的同种材料制成的导体通电，下列说法正确的`是()

A．粗的地方电流大，细的地方电流小

B．粗的地方电荷定向移动速率大，细的地方小

C．各处的电流大小相同

D．粗的地方电荷定向移动速率小，细的地方大

解析：选CD.同一根导线上的电流相等，故C对．由I＝nqSv知，D对．

4．一个电解槽中，单位体积的正、负离子数都是n，每个离子带电荷量为q，正、负离子的平均定向运动速度都为v，电解槽的横截面积为S，试求通过电解槽的电流．

解析：在电解槽中，在垂直于v的方向上我们取一横截面，在单位时间内通过这个横截面的正、负离子数均为N＝vSn，由于正负离子形成的电流同向，所以，电解槽中的电流为：I＝2Nqt＝2nqSv1＝2nqSv.

电源测试 第3篇

系统DC电源输出响应速度

许多设备在多种不同的DC偏置电压上进行测试，以在指定工作范围内保证正确的性能。多次改变偏置电压可能会累积几秒的时间，占测试时间的很大比重。

在把电源输出电压设置变成新值时需要几个步骤，如图1所示。这些步骤所需的时间都有限。

在电源收到一条命令时，电源会处理命令．这就是其命令处理时间。然后电源输出会作出响应，变成新的设置。在一定的稳定频段中到达最终值所需的时间是其输出响应时间。

各种系统电源之间的差异可能会非常大。表1比较了许多系统DC电源与安捷伦N6750A系列DC电源模块典型的命令处理和输出响应时间，后者是为吞吐量优化的。该模块属于N6700模块化电源系统系列，如图2所示。拥有快速输出响应可以把每次电压设置变动时间降低几百微秒。

降压编程器加快输出响应时间

在两个方向上迅速改变电压对高吞吐量测试非常关键，因此有必要提一下降压编程输出响应时间，许多电源依赖DUT的实际负荷，来降低电压。在负荷低的情况下，如果没有降压编程器，某些电源可能需要一秒的时间才能达到最终值。为高吞吐量优化的电源采用内置降压编程器。降压编程器是一条负荷电路，它迅速放电电源和DUT电容，快速进行降压编程，而与DUT负荷无关。

响应速度对测试吞吐量的影响：

汽车ECU实例

汽车电子控制单元([CU)在测试过程中可能会有最多20种偏置电压设置，如图3所示。使用为吞吐量优化的电源可以节约几秒的测试时间，对测试时间为20秒的ECU，吞吐量可以提高20％。基于明显的原因，这种改进得到了汽车电子行业的广泛欢迎系统DC电源测量速度

几乎在测试过程中一直要进行DC偏置电流测量，以确定缺陷。使用系统DC电源的内置电流回读功能、而不是外置仪表，在速度和性能方面都是明智之选。当前的系统DC电源提供了广泛的电流测量功能，适合大多数应用。值得一提的是其测量速度。通常情况下，多项偏置电流测量是在测试过程中在设备上进行的，这会累积起来，给吞吐量产生更大的影响。此外，测量精度和速度是相互矛盾的，进一步使事情复杂化。有3个步骤会影响测量时间：

1．电源收到并处理测量命令。

2．电源采集实际测量数量。

3．采集的值返回电源。

大多数通用系统DC电源采用一条传统回读电路，如图4所示。对这种传统方法，命令处理时间一般是主导因素，累加测量时延会高达100毫秒。快速ADC测量采集和返回单个读数的时间很小，通常不超过2毫秒。整个测量时间通常作为一个基准处理。

这种基本方法对许多情况(如果不是所有情况的话)在精度和吞吐量之间实现了合理的平衡。对高波峰因数电流信号，如数字手机的脉冲式耗电量，测量可重复性误差或”抖动”会影响这种平衡。对多次测量进行平均在一定程度上有所帮助，但会增加大量的测试时间。

程控积分提供了快速准确的测量结果

为吞吐量优化的系统DC电源的测量命令处理时间要低得多。许多电源还有程控测量积分时间，代替固定的ADC和低通滤波器，如图4所示．以增强性能。与传统方法一样，它可以设置成快速测量采集时间。也可以使用程控积分，抵消信号中的周期噪声和AC成分，大幅度改善测量性能，但其代价是时间会大大提高。人们熟悉的实例是在电源线周期上求积分(1 PLC，16．7或20毫秒)．以抵消AC线路噪声。安捷伦已经在许多系统电源产品中采用不同的方法，包括N6760A系列DC电源模块。它们采用程控取样周期和数字信号处理，进行快速精确的测量。在测量采集积分时间能够编程时，必需在总测量时间基准中单独考虑测量采集积分时间。

测量速度对测试吞吐量的影响

表2比较了传统系统DC电源有代表性的测量命令处理和采集时间与为吞吐量优化的电源系统的时间，在本例中是安捷伦N6760A系列DC电源模块。

从传统系统DC电源切换到为测量吞吐量优化的电源可以把测量时间从大约100毫秒降低到最低只有几毫秒。对ECU之类的测试设备，通常会进行多项耗电量测量。可以简便地节约另外0．5－1秒的时间，有效改善了测试吞吐量。半导体设备测试则要更加严格。由于测试时间只有几秒或更低，因

此即使100毫秒长的测量也没有空间。

在使用多个输出时实现更高的吞吐量

系统DC电源中设计的功能和程序命令对测试时间的影响可能要超过出响应和测量速度的影响。一个实例是使用多个DC输出．为拥有多个偏置输入的设备供电．或并行测试多台设备，如图5所示。最经常的情况是需要单独发送和处理每个DC电源输出变化或测量读回操作，甚至对多个输出系统DC电源也是如此。能够在多个输出中同时执行类似操作会明显改善测试吞吐量。在并行设备测试中．其较顺序测试各台设备可能要改善几倍。在测试时间只有几秒长，并且已经通过传统方式优化时，这为大幅度改善吞吐量提供了有效的备选方案。N6700模块化电源系统提供了一个通道列表命令集，在多个输出模块上同时支持类似操作，以实现更大的测试吞吐量。

结语

系统DC电源是既供电又测量的部分仪器之一，其对测试吞吐量的影响要超过通常的预期水平。必须认真考察和基准测试供电和测量速度属性，以评估其测试吞吐量的影响。切换到为吞吐量优化的系统DC电源可以把测试时间降低几

秒的时间．同时提供快速准确的测量功能。

除速度基准外，同时操作多个输出等功能可以明显提高吞吐量，传统手段的作用甚微。对并行设备测试，同时操作可以明显把吞吐量改善几倍。

LED路灯驱动电源测试研究 第4篇

目前, LED路灯驱动电源的标准技术要求逐步完善, 对LED路灯驱动电源的生产企业的产品质量水平提出了较高的要求。

1 LED路灯电源相关标准及认证规范

近期, 国内陆续颁布实施了一系列与LED路灯驱动电源产品相关的标准及规范, 如GB 19510.14-2009《灯的控制装置第14部分:LED模块用直流或交流电子控制装置的特殊要求》, GB/T 24825-2009《LED模块直流或交流电子控制装置性能要求》, GB/T 24827-2009《道路与街路照明灯具性能要求》, GB 19651.3-2008《杂类灯座第2-2部分:LE D

模块用连接器的特殊要求》等, 国家半导体照明工程研发及产业联盟也发布了如《LB/T008-2011照明用LED驱动电源通用规范》及《LB/T001-2009整体式LED路灯的测试方法》等LED路灯驱动电源产品相关技术规范。新的国家标准和规范的出台, 极大的规范了LED路灯驱动电源产业的发展, 促进了LED照明产业的质量提升, 使得LED驱动电源产品的检测做到了有据可依。

目前, 针对LED路灯驱动电源产品开展了大量的检测工作, 了解了一些LED路灯驱动电源产品质量状况, 本文对发现的LED路灯驱动电源产品质量状况进行了汇总、分析, 并给出相应的改进建议。

2 LED路灯驱动电源产品检测分析

按照相关的国家标准, 本文就LED路灯驱动电源检测中的电磁兼容 (EMC) 、安全、性能等几方面的测试内容进行了分析。电磁兼容测试主要包括:辐射电磁骚扰 (9k~30MHz/30MHz~300MHz) 、谐波发射骚扰、电源端子骚扰电压、浪涌 (冲击) 抗扰度等方面;安全测试主要包括:标志、绝缘电阻和电气强度、防尘和防水、结构、爬电距离和电气间隙、耐久性试验和热试验、最大温度等内容。

2.1 LED路灯驱动电源产品电磁兼容 (EMC) 检测

通过抽取10型号样品 (样品均为专业LED路灯电源生产厂家产品) 进行辐射电磁骚扰 (9k-30MHz/30MHz~300MHz) 、谐波发射骚扰、电源端子骚扰电压、浪涌 (冲击) 抗扰度检测, 发现目前LED电源符合国家电磁兼容强制性标准的情况较好, 仅有2个样品的辐射电磁骚扰 (30MHz~300MHz) 超出国家标准的限值要求, 其中1个样品的电源端子骚扰电压也超过国家标准的限值要求, 总体产品的电磁兼容合格率超过90%。

2.2 L E D路灯驱动电源产品安全检测

通过对抽取10型号样品 (样品均为专业LED路灯电源生产厂家产品) 进行标志、绝缘电阻和电气强度、防尘和防水、结构、爬电距离和电气间隙、耐久性试验和热试验、最大温度检测, 发现所有样品的标志、防尘和防水、结构、耐久性试验和热试验、最大温度均符合国家标准GB 19510.14-2009《灯的控制装置第14部分:LED模块用直流或交流电子控制装置的特殊要求》的要求, 而爬电距离和电气间隙、绝缘电阻和电气强度有3种型号样品达不到国家标准要求, 总体产品的安全合格率为90%。

2.3 L E D路灯驱动电源产品性能测试

通过对三种型号的LED路灯产品进行寿命维持率测试, 同时对比测试该产品使用的LED路灯驱动电源的产品效率性能情况, 试验是在室内的环境下进行的 (20℃~40℃) , 灯具每个工作周期点燃11小时, 关闭1小时, 共测试灯具燃点时间6000小时, 测试结果如表1所示。

将LED路灯光通量测试结果以维持率的形式表示, 如图1所示。

从图1可以看出, A型号LED路灯的光通量输出3000小时是1000小时光通量的98.65%, 6000小时为1000小时的91.01%;B型号LED路灯的光通量输出3000小时是1000小时光通量的96.56%, 6000小时为1000小时的86.74%;C型号LED路灯的光通量输出3000小时是1000小时光通量的96.06%, 6000小时为1000小时的78.58%。通过测试我们可以看出, 不同型号的LED路灯的光通维持率衰减差异较大, 3000小时各个型号的灯具衰减均不超过4%, 6000小时后衰减呈现出巨大的差异性, 光通量输出大的灯具光通衰减率较高, 衰减超过了21%。

将LED路灯电源效率测试结果以维持率的形式表示, 如图2所示。

从图2可以看出, B型号LED路灯驱动电源的效率在3000小时是1000小时效率的99.77%, 6000小时为1000小时的98.50%;B型号LED路灯驱动电源的效率在3000小时是1000小时效率的99.89%, 6000小时为1000小时的98.54%;C型号LED路灯驱动电源的效率在3000小时是1000小时效率的99.89%, 6000小时为1000小时的98.90%。通过测试我们可以看出, 不同型号的LED路灯驱动电源的效率维持率衰减很小, 3000小时效率衰减率均小于0.3%, 6000小时效率衰减率均小于1.5%。

通过本文的测试可以发现, LED路灯驱动电源的效率性能维持水平超过LED路灯光通量输出维持率水平, 测试结果同时表明以效率维持率推算的LED路灯驱动电源的寿命预期将超过以光通维护了推算LED路灯灯具的寿命预期。本文研究的LED路灯及驱动电源的相关性能在室内进行测试, 没有考虑电源抗雷击及防水性能的影响, 雷击及防水造成的电源及灯具性能失效没有考虑在内。

通过对LED路灯驱动电源进行测试研究, 可以发现LED路灯驱动电源的效率维持率水平虽然较高, 但是整体的电源效率水平还有所偏低, 应寻求更加高效的电路结构, 以提高LED驱动电源的效率水平

3 结语

通过本文的研究, 可以给出如下几点结论: (1) LED路灯驱动电源生产企业应进一步提高质量意识, 依据最新的国家标准设计、生产LED路灯驱动电源产品; (2) LED路灯驱动电源企业要研究并了解本企业生产LED驱动电源的效率维持率水平, 并合理给出电源的寿命预期; (3) 本文测试的LED路灯驱动电源在非自然因素影响的情况下整体寿命预期应超过LED路灯本身。 (4) LED路灯电源效率偏低, 应着重提高LED路灯驱动电源的效率。

参考文献

[1]GB19510.14/IEC61347-2-13, 灯的控制装置第14部分:LED模块用直流或交流电子控制装置的特殊要[S].

[2]GB/T9468-2008, 灯具分布光度测量的一般要求[S].

通信机房开关电源谐波测试分析报告 第5篇

1、测试条件说明 由于目前宁波联通局房开关电源均为某公司产品，为此本次测试选择梅墟 5 楼旧型产品（简称开关电源 1）和综合通信楼 3 楼 同一公司的新型开关电源（简称开关电源 2）。两套开关电源系统运行电气参数记录如表 1 所示。表 1 电气参数记录

上述两套系统模块数量均有较大冗余，直流输出功率在短时间内基本稳定，本次实验采用关闭模块的方式调整整流模块的负荷 率，因此两套系统整流模块负荷率不可能达到完全一致，但这并不影响本次测试的结论。

2、负荷率对开关电源效率的影响 2.1 开关电源 1 的数据记录与分析 图 1 数据是在 35 个整流模块工作测量取得的，模块负荷率为 48%左右。开关电源总输入有功功率为 102.2kW，直流总输出 功率为 1688×53.8=90.81kW，开关电源工作效率为 88.9%。

图 1 开关电源 1 功率电能测量记录 1 图 2 数据是在 24 个整流模块工作测量取得的，模块负荷率为 70%左右。开关电源总输入有功功率为 101.9kW，直流总输出 功率仍为 1688×53.8=90.81kW，开关电源工作效率为 89.1%。

图 2 开关电源 1 功率电能测量记录 2 2.2 开关电源 2 的数据记录与分析 图 3 数据是在 9 个整流模块工作时测取的，模块负荷率为 37%左右。开关电源的总输入有功功率为 20.0kW，直流总输出功 率为 335.7×54.4=18.3kW，开关电源工作效率为 91.3%。

图 3 开关电源 2 功率电能测量记录 1 图 4 数据是在 5 个整流模块工作测量取得的，模块负荷率为 67%左右。开关电源总输入有功功率为 19.7kW，直流总输出功 率仍为 335.7×54.4=18.3kW，开关电源工作效率为 92.7%。

图 4 开关电源 2 功率电能测量记录 2 2.3 两套系统之间的比较分析 由上述数据对

比可知：

（1）开关电源负荷率（在 30%～70%之间）对开关电源的工作效率影响较小，试图通过关闭模块达到节能目的的直接效果并 不明显，由关闭模块从而减少谐波引起的间接节能效果有待进一步测试评价。由图

1、图 2 的电压、电流、功率因数对比可知，关闭部分模块，总输入电流减少的同时，电压变动较小，而功率因数增加，因而总输入功率只是略有减少。图

3、图 4 之间的 数据也说明了同样的问题；（2）开关电源 1 的效率小于开关电源 2 的工作效率。开关电源 1 的工作效率约为 89%左右，而开关电源 2 的工作效率为 91% 以上。

3、负荷率对电流谐波的影响 3.1 开关电源 1 的数据记录与分析 图 5 数据是在 35 个整流模块工作测量取得的，模块负荷率为 48%左右。交流输入电流谐波总畸变率为 38%左右。其中 5 次、7 次谐波含量最高。

图 5 开关电源 1 电流谐波测量记录 1 图 6 数据是在 24 个整流模块工作测量取得的，模块负荷率为 70%左右。交流输入电流谐波总畸变率为 33%左右。其中 5 次、7 次谐波含量最高。

图 6 开关电源 1 电流谐波测量记录 2 3.2 开关电源 2 的数据记录与分析 图 7 数据是在 9 个整流模块工作时测取的，模块负荷率为 37%左右。交流输入电流谐波总畸变率为 55%左右。其中 5 次、7 次谐波含量最高。

图 7 开关电源 2 电流谐波测量记录 1 图 8 数据是在 5 个整流模块工作测量取得的，模块负荷率为 67%左右。交流输入电流谐波总畸变率为 41%左右。其中 5 次、7 次谐波含量最高。

图 8 开关电源 2 电流谐波测量记录 2 3.3 两套系统之间的比较分析 由上述数据对比可知：（1）开关电源负荷率（在 30%～70%之间）对开关电源的输入电流畸变率影响较大，在一定范围内，负荷率越高，则交流输 入电流畸变率越低；（2）开关电源 1 的输入电流畸变率小于开关电源 2；（3）开关电源谐波电流主要为 5 次、7 次。

4、谐波电流对功率因数的影响 开关电源厂家提供的技术资料中经常提及产品的功率因数可以达到 0.99 以上。由图 1 中所记录的数据显示，L1 相的 COSΦ =1，而功率因数 PF=0.92，其实两者的技术含义是有所区别的，COSΦ一般是指电压与电流相位角的余弦值，用于表达位移 功率因数，如图 9 所示，电压电流相位基本一致（基波电压和基波电流）。此时对应的 COSΦ=1。

图 9 开关电源 1 电压波形记录 PF 是指有功功率与视在功率二者的比值，当负载为线性时，两者数值上是相等的。当电路中含有大量开关电源、UPS 等非线性 负载时，回路中含有丰富的高次谐波电流成分，而负载所加电压主要为基波电压，由于高次谐波电流与基波电压产

产生大量畸变 功率，该功率亦为无功功率。该无功功率对应失真功率因数 PFD。严格意义上讲，PF=cos Φ×PFD。通过对比图

1、图 5 与图

2、图 6 的功率因数 PF 和电流畸变率 THD%可知，PFD 从某种角度可以反应电流畸变情况，PFD 越 小，电流畸变情况越严重。因此在开关电源设备选购时，建议在开关电源产品选型和技术招标时对此予以重视，使得选用的产品具有较高的性价比。

一种受限制电源测试算法研究 第6篇

受限制电源, 源自GB 4943.1-2011《信息技术设备安全第1部分:通用要求》第2.5条规定。一款电源是否受限制决定了由其供电的设备外壳阻燃等级, 因此该项目一直都是GB 4943.1-2011的重要检测项目。在实际检测过程中, 由于人工记录数据量大、试验次数多, 难以得到准确数据。本文提出了一种基于等差数列思想的受限制电源测试算法, 能快速确定电源的输出极限范围, 等距分割带载幅度, 进行极限逼近, 最终得到精确的测试结果。

2测试难点

根据GB 4943.1-2011《信息技术设备安全第1部分:通用要求》第2.5条规定, 受限制电源项目的检测参数有空载输出电压Uoc、最大输出电流Isc、最大输出伏安S等。以标准表2B的要求举例, 简述人工测试操作步骤如下:

(1) 电源的输入电压调节为110%额定电压;

(2) 断开所有负载, 测量空载输出电压Uoc;

(3) 调节非容性负载 (包括短路) , 施加负载5s后测量最大输出电流Isc;

(4) 带上任意非容性负载, 施加负载5s后测量最大输出伏安S。

常规电源一般分为线性电源和开关电源两类。线性电源的输出特性几乎呈直线 (如图1) , 利用阻抗匹配和短路输出, 很快可以测得空载输出电压Uoc、最大输出电流Isc、最大输出伏安S;而开关电源的输出特性呈非线性 (如图1所示) , 很难在一次试验中得到可信的测试数据。

试验人员调节电源带载幅度后, 需要记录该时刻电源的输出参数, 并计时5s, 之后循环“调节带载-记录参数-计时”步骤。当电源保护后, 即以最后一次记录的数据作为测试结果。在此过程中, 如果调节带载幅度过大, 电源会提前保护;如果调节带载幅度过小, 测试时间延长, 电源内部大量发热导致变压器阻值升高, 输出能力降低, 达不到预期的最大输出。尤其是开关电源的测试结果往往都小于预期值, 容易造成误判。

所以, 受限制电源项目的测试难点围绕在, 如何快速地测得能持续输出5的最大输出电流Isc和最大输出伏安S。

3算法分析

本文针对上述人工测试中5s间隔调节带载造成记录数据量大、调节带载幅度不得当造成遗漏数据、测试时间长造成输出能力降低等不利影响, 提出了一种测试算法, 该算法基于等差数列思想, 以PC机为软件平台, 远控电子负载进行自动测试。

算法主要思路为:

(1) 快速扫描, 确定电源的输出极限范围;

(2) 在输出极限处, 等距分割带载幅度;

(3) 每段等距的带载幅度均代表一个时间单位;

(4) 以时间单位作为变量, 逼近测试极限数据。

以阶跃方式 (带载电流从零上升) 和突卸方式 (带载电流从近似无穷大下降) 快速扫描电源的输出极限范围 (如图2所示) 。其中, 阶跃方式记录电源保护前的输出电流I阶跃;突卸方式记录电源响应后的输出电流I突卸。出于电源输出抖动现象, 单次响应可能属于异常的考虑, 取I阶跃和I突卸中的较小值作为输出极限范围的带载起始电流值。

将带载电流幅度等距分割, 每秒升高一次带载幅度, 每段幅度增量均代表有效输出1s时间。

以I 1为带载起始电流值 (I阶跃和I突卸中的较小值) , X作为幅度增量, 即I2=I1+X, I3=I2+X...以等差数列形式进行类推。数组I (n) 对应每次带载变化后电源的输出电流。即以如下顺序进行带载 (如图3所示) :

(1) 设置I1为带载起始点, 电源输出电流I (1) ;

(2) 1s后带载调节为I2, 电源输出电流I (2) ;

(3) 1s后带载调节为I3, 电源输出电流I (3) ;

……

(n) 1s后带载调节为In, 电源保护。

当调节带载为In后电源保护, 说明电源在实际带载为In之前都能维持输出。由此可知I (n-5) 能持续输出5s (如图4所示) , 因此将In-5作为新的带载起始点, 减小X幅度, 重复进行图3形式的带载顺序。当X幅度无法继续减小时, 即以当前I (n-5) 作为最大输出电流Isc。同理可以测得最大输出伏安S, 不再重复说明。

结论

上述基于等差数列思想的受限制电源测试算法, 快速扫描输出极限范围, 缩短了测试时间;在输出极限点进行等差数列形式逼近测试, 与每5s间隔调节一次带载幅度的人工测试相比更具灵活性。

该算法已应用于福建省产品质量检验研究院自主研发的“受限制电源智能测试系统”。目前该测试系统运行状况良好, 对常规电源进行受限制电源项目测试均能取得满意结果。

参考文献

[1]GB 4943.1-2011, 信息技术设备安全第1部分:通用要求[S].

[2]邱凌, 宋飞双.信息技术设备的受限制电源[J].电子产品世界, 2009 (11) :66-67.

[3]王升鸿, 丁成功.信息技术设备受限制电源的研究[J].伺服控制, 2013 (02) :69-71.

[4]龚彩萍.信息技术设备的“受限制电源”浅析[J].上海标准化, 2002 (Z1) :55-57.

电源测试 第7篇

关键词：LED供电电源,积分球测试系统,LED测试

引言

如同大家所熟悉的手提电脑背光源, 是将很多个LED灯珠组合而成, 则色差问题也越来越明显。如果使用的LED灯珠不是同一批次的, 则很容易导致波长不一、色差等问题, 这一问题即使是使用同一批次的LED灯珠也在所难免。对于LED芯片的测试, 一般采用积分球测试系统。

使用积分球测量光通量等参数, 可使测量结果更为可靠。积分球可降低并除去由光线的形状、发散角度等差异所造成的误差。如此高精密且谨慎的测量, 也推动着LED积分球厂家越来越趋向于选择更高性能的电源配置在该系统中, 用来给待测LED供电。

1 LED积分球测试系统

LED积分球主要是测量LED灯的发光效率、显色性及色差等表征LED发光源性能指标的参数。在产线每天大批量的测试中, 时刻面临着两个问题:一是如何提高测试效率二是测量中如何更好地保护待测LED。

据了解, 目前电源行业内, 从电源开启给LED灯供电到软件控制系统采集回稳定的电压电流数值, 总时间大约为600ms, 那在此基础上是否有突破的可能性呢?答案是肯定的。那么能通过什么方法实现呢?其实系统中配置的用于给待测LED供电的电源就起着相当重要的作用。

2 配置专业电源可抑制过冲与提高测试效率

一般的电源在开机瞬间, 由于环路响应时间的存在, 电源输出并非达到设定输出电压值即停止输出。因此在这段时间内, 电压会出现过冲。过高的过冲电压会对LED寿命产生影响, 严重的甚至击穿LED。

对于小功率的L E D灯, 恒流工作电流通常在几十到几百毫安之间。当以小电流工作时, 电流和电压爬升速度相应下降, 有时将LED点亮的时间, 甚至比从正常的给LED灯供电到软件控制系统采集回稳定的电压电流数值加起来所需的时间还要长。

面对如上两点问题, 若为了加快爬升速度, 提高测试效率, 采取提高环路速度的改善措施, 则通常带来更严重的过冲。但若为了照顾过冲的问题, 则整体测试效率又会下降。这样的难题, 能够通过配置专业测试LED的电源来实现, 比如艾德克斯IT6874A电源就能将这一难题迎刃而解。图2和图3分别是IT6874A直流电源给80V/20m A和80V/400m A的LED供电时, 电压上升阶段的波形图。

从图3可见艾德克斯IT6874A直流电源, 基本能够在100ms时间内, 同时满足高速且无过冲的测试要求, 而一般的电源则需要约为600ms的时间, 艾德克斯IT6874A直流电源将这一数字提高了近6倍, 对于测试效率的提升具有很大意义。

3 配置专业电源让积分球测试系统采集数值更稳定

在使用积分球测试时, 系统中供电电源的稳定性也非常重要。稳定性主要体现在以下方面。

(1) 电源供电的误差范围

进行积分球测试时, 若使用电源的精确度越高, 则批量测试时量测数据越趋于真实值, 待测LED之间的偏差也趋于精确。比如, 进行LED灯的测试, 假设使用的电源回读值允许误差范围是20m V, 当同时测量2个LED灯 (理论额定指标均是350m A) 时, #1-LED测量数值也许为330m A, #2-LED测量数值也许为370m A。假设这两个LED灯真实值均为352m A, 则可见330m A和370m A的数值远偏离真实值, 且也导致两个LED灯的性能指标偏差较大。而若使用一台精确度更高的电源, 假设电压回读值允许误差范围是为10m V的电源来测试, 则测试同样两个LED灯可能得到的数值是342m V与362m V之间, 数值上较为接近, 能比较真实反映单个LED灯的性能指标和多个LED之间的一致性的偏差范围。

而艾德克斯IT6874A系列电源的电压精确度高达万分之五, 电流精确度高达千分之一, 如此高的精度能够给测试带来更为精准的测试结果。

(2) 采集数值的稳定性

采集数值的稳定性意味着什么呢?不妨来举个例子。比如电源能够在400ms时间内点亮LED灯 (待测LED灯的参数为80V/20m A) , 此时积分球测试系统软件部分采集到电压的数值为80.099V。而当关闭LED灯并且再次开启时, 有可能软件读取到的数值为82.152V。所以单纯用示波器, 我们只能看到波形上升到额定的电流和电压值, 但并不能保证软件采集到的数值也达到一个稳定区间。这会在LED量产测试中, 由于电源数值的不稳定, 导致影响LED灯性能指标的测试。一般情况下, 软件工程开发人员会延时到500-600ms, 才能保证连续读取操作时数值稳定。因此, 积分球测试所需时间为600ms左右, 而非示波器测量到的400ms。

而艾德克斯IT6874A直流电源, 能够保证从点亮LED灯到读取到稳定的电压电流值的时间小于150ms。

某发控电源自动测试装置的研制 第8篇

目前现有的测试工装对个别极限边界条件下的测试还不能满足, 例如A组电源20A, 2s的瞬时脉冲, 发控设备供电输出情况, 到目前为止从未检测过, 只是由设计保证, 工艺上从未验证过, 致使测试的覆盖性不够, 存在隐患。按照测试要求, 在2~4个通道同时接入负载进行测试时, 需要的接线就更加复杂繁琐, 而且需要将电流表反复接入不同通道进行负载电阻调整达到测试要求, 使得操作中经常出现接线出错的现象, 增加了测试的不可靠性。

综上所述, 发控电源参数的测试工序存在的主要问题:1) 测试数据离散偏大, 一致性不好;2) 测试的覆盖性不全面, 个别项目无法测试;3) 测试操作复杂, 操作中容易出错, 操作可靠性不高;4) 测试数据量大, 测试效率偏低, 不能满足研制和批产过程中对进度的要求。

为此, 研制了一台发控电源自动测试装置, 改变测试手段, 提高发控电源指标测试的质量, 确保各通道数据的一致性, 提高测试的覆盖性, 保证操作的可靠性, 缩短调试周期, 提高测试效率。

1 功能及技术指标

1.1 主要功能

1) 采用一体化设计, 人机对话界面, 自动检测、显示数据并打印。2) 能同时对四个通道的输入负载进行控制和切换。3) 能提供大功率直流负载。4) 能预设规定的负载并循环测试。

1.2 主要技术指标

1) 输入负载电压DC4-60V。2) 输入负载电流0-100A。3) 最大负载功率700W。4) 恒流0-10A/0-100A, ±0.1%+20m A (负载电流10A, 负载电压在4~60V间变化) 。

2 硬件设计

根据发控电源的技术要求和性能特点, 采用工业控制计算机为控制核心的智能化、综合化、模块化设计, 以简单的硬件配置实现了发控电源自动测试装置的设计结构原理见图1所示。

该系统能对接入的负载通道数进行选择控制, 并对检测数据进行显示和后期打印。

工控机用于控制计算各种命令状态, 以及数据的显示和打印;控制机箱是实现通道命令选择控制和切换, 以及输入信号电压取样;数据采集卡实现对4通道A、B、E三组电压信号的采集;开关电源为控制机箱内各组件提供工作电源;电缆用于引入外部输入信号, 其中机箱到电子负载之间的电缆应选用截面积为3mm2的粗导线做长度不超过1m的电缆, 降低线路压降, 提高检测数据的准确性和精确性。

2.1 工控机

该模块以台湾研华IPC610工业控制计算机为核心。IPC-610是一款关键任务应用的19"上架式工业计算机机箱。它能容纳14槽PCI/ISA的背板或者商用主板, 并且支持的电源型号相当广泛。机箱前面板上有带锁的门以防止非正常的操作。机箱内的气流由一个热插拔冷却风扇来控制。而且具有抗粉尘、抗高温、抗震动和抗电磁干扰等特点, 并且能工作在粉尘的恶劣环境下, 这为测试仪在外场使用及工作的可靠性和运行速度提供了基本保证。

2.2 控制机箱

该硬件主要包括主控板, 电参数切换放大板, 电子负载电流驱动板以及面板上的各显示板。

主控板可以有工控机或主控面板来控制, 进行通道的选择和电源组的选择。驱动板主要来控制负载电流。电参数放大板是将电信号放大或缩小, 使电压信号在-10V到+10V之间, 在数据采集卡工作范围之内。

2.3 数据采集卡

本文采用的是一款PCI-1710多功能数据采集卡。其先进的电路设计使得它具有更高的质量和更多的功能。这其中包括五种最常用的测量和控制功能:12位A/D转换, D/A转换, 数字量输入, 数字量输出及计数器/定时其功能。

数据采集卡的特点:

1) 16路单端或8路差分模拟量输入, 或组合方式输入;

2) 12位A/D转换器, 采样数率可达100k S/s;

3) 单端或差分输入自由组合;

4) 板载4K采样FIFO缓冲器;

5) 每个输入通道的增益可编程。

2.4 大功率电子负载装置

大功率电子负载装置由四个电子模拟负载组成, 主要是利用恒流源的工作原理, 即把负载当成一个恒流源。主要要求如下:

1) 根据负载电阻功率的计算, 要求电子负载的最大功率应为550W以上, 最大输出电流应大于20A, 输入电压大于31V, 考虑冗余及降额使用, 选用的电子负载输出电流大于25A, 输入电压大于40V, 输出功率在650~800W之间比较合理。

2) 由于A、B、E三组电源需要测轻载和满载时的电压输出值, 因此要求电子负载能同时预设两个负载电流, 通过切换开关转换, 达到测试轻载和满载要求。

根据以上要求, 对市场上的各类国产进口电子负载进行调研, 在满足上述3条要求的条件下拟选用4台北京大华无线电仪器厂生产的DH2794型电子负载构成大功率电子负载装置, 并配置相应的测试工艺电缆。

3 软件设计

软件系统采用Lab VIEW语言编程, 类似Windows的图形界面和操作方法, 使用多窗口管理技术, 简单易学。

为完成测试仪的功能, 根据硬件电路软件采用模块化设计, 大致可划分为以下几个模块:

参数选择模块、数据采集模块、数据存取模块、数据输出模块等, 如图2所示。

其中数据采集系统的设计是测试中的核心部分, 直接影响到后面数据的结果, 影响系统其它功能的实现。

该系统工作的正常与否直接关系整个系统工作的正常与否。LabVIEW集成了功能强大的数据采集函数库Data Acquisition。

其中有大量的数据采集子程序, 而这些子程序只支持NI公司的数据采集卡, 我们使用的是一款PCI-1710数据采集卡, 所以可以直接使用这些子程序。

在系统中将各个代码模块定义以及它们之间的接口标准化, 从而在一个模块内进行扩展性改变将不会影响程序中其它模块, 因此增加了系统的灵活性。

在测试过程中, 用户可根据需要任意设定参数。软件流程见图3。

4 系统的功能测试与结果分析

系统的测试硬件结构图4。

图中信号调理装置为自制电路, 作用是将被测的电压和电流转换为数据采集卡的标准输入信号 (-10V到+10V) , 数据采集卡将电压信号转换为数字信号输入到计算机中。

电源信号通过测试装置的测试, 最后在显示器上得到的数据和直接用电压表测出的发控电源信号参数进行比较。

通过模拟实验测试结果, 采集到的数据跟实测数据相近, 能够表示电源输出特性。因此, 这台发控电源自动测试装置完全能够解决任务提出的问题, 满足使用要求。

5 测试装置的可靠性分析

由于测试现场在外场或修理厂, 其工作环境十分恶劣, 极易出现掉电;从飞机和塔台上发射出的雷达和无线电波等频率较高而功率很强的电信号、各种电机、50Hz的大功率高压设备等, 都对现场的测试有较大的影响, 极易干扰测试系统的信号传输及影响计算机系统的可靠性。

如何提高测试仪工作的可靠性是设计工作的技术难点之一, 因而该测试仪采用以下措施:

1) 工业控制计算机装有看门狗监控定时器, 如果出现掉电或软件故障以及其他意外原因使系统进程出错终止, 定时器会自动重置CPU或产生中断, 由中断服务程序将上次保护的重要数据和计算机各主要寄存器状态取用, 用这一组数据和状态恢复现场, 并从新正常运行。

2) 采用电磁、光电隔离技术, 实现各通道之间、现场与主机之间的隔离, 抑制共式干扰。

3) 针对现场产生的强电磁感应引起的过压、过流现象, 在电压、电流信号进入测试电路前加了有效的过冲保护电路。

4) 传输线采用屏蔽电缆, 强电电缆与弱电电缆分开, 并相隔一定距离, 避免强电对弱电的感应干扰。

5) 可靠的接地措施, 以免发生窜地干扰。

6) 主机电源采用稳定性能较好的稳压电源和UPS电源。

6 结束语

发控电源自动测试装置研制完成后已运用于生产现场, 从实际使用过程来看, 满足设备调试使用, 在整个测试过程中体现了良好的工作性能, 满足系统要求的各项指标。

摘要：某发控电源的主要作用是为系统提供优质电源, 而目前发控电源输出特性测试比较落后, 通过对特性的分析, 研制了一台发控电源自动测试装置, 介绍了它的主要实现功能, 并对测试装置的硬件各模块进行了设计及分析, 通过现场测试验证了设备的功能和可靠性, 并在可靠性方面提出了一些措施。

关键词：设计,测试装置,发控电源,可靠性

参考文献

[1]王磊.LabVIEW7.1测试技术与仪器应用.机械工业出版社, 2004.

[2]柯南.非常电路图设计.中国铁道出版社, 1999.

[3]杨秀敏, 秦宏.虚拟仪器软面板的 (界面) 设计.微处理机, 2001.

[4]陈晰.数字电子技术基础教程.科学出版社, 1998.

电源自动测试设备的设计与实现 第9篇

随着电子技术的迅速发展, 人们对电子产品的需求和性能的要求越来越高, 因此电子设备也日益复杂化。为了满足大家对电子设备的要求, 确保产品的质量过关, 自动测试设备 (Automatic Test Equipment, ATE) 就成为电子设备生产、测试和检修过程中不可缺少的重要设备。所谓ATE是指在对被测系统做功能或参数测试时, 主要由ATE自身的硬件和软件来完成整个测试过程。

在国际上, ATE的使用已经十分普遍, 在我国ATE起步较晚, 目前设备多数依靠国外进口, 不仅价格高而且在编制测试软件中遇到许多苦难。在这种情况下我们自主研发了一套电源ATE, 测试软件采用模拟电路模糊故障树分析法进行故障诊断。

2、自动测试设备硬件系统构成

ATE一般由主控制器、激励源、信号采集器、开关网络、总线及连接装置等部分组成, 其系统结构如图所示。

(1) 主控制器:通常是一台计算机, 该ATE的主控制器是IBM-PC。它是ATE核心部件, 存储在主控制器中的程序统筹控制ATE (包括激励源的施加、数据采集、故障分析等) , 进行数据处理和记录, 并提供人机对话的接口。

(2) 激励源:包括各种交直流电源和各种函数激励信号。

(3) 信号采集器:由各种测量仪器组成, 主要用以ATE采集各种测试信号。这些测量仪器包括数字万用表、数字示波器等。

(4) 开关网络:主要作用是施加激励信号及测量响应信号。在测试过程中某个特定的测试状态下, 通过开关网络实现对应输入输出的连接。

(5) 总线:考虑到ATE需要配置各种常规的外设和专用的设备, 因此ATE总线不仅要有足够的驱动能力, 还应由各种设备所需的工作信号。该设备采用GPIB (General Purpose Interface Bus) 标准。GPIB的数据传输速度一般低于500KB/s, 在价格上, 它覆盖了从比较便宜的到异常昂贵的仪器, 各种仪器制造商生产的GPIB仪器种类繁多, 有很大的选择空间, 适用于那些要求高准确度, 但不要求高速的工程应用。

(6) 连接装置:连接装置将被测电路板与ATE连接起来, 这种连接包括两部分, 一部分是从被测电路板引出信号的探针, 另一部分是从探针连到ATE电缆。

该电源ATE测试台将对近五十种整流电源、线性稳压电源、开关电源进行各项性能指标的测试、分析。测试台中所有GPIB设备均由美国Agilent公司和台湾Chroma公司生产。GPIB接口卡只用一块, 采用的是Agilent 82350型GPIB接口卡, 此卡插在计算机的PCI插槽上。计算机利用此接口卡, 通过GPIB总线电缆与GPIB仪器相连, 在软件的支持下就成为一台GPIB系统控制器。测试台中三相交流电源采用Chroma 6463可编程交流电源, 单相交流电源采用Agilent 6813B交流电源/分析仪, 电子负载用了三台, 采用的是Agilent 6060B直流电子负载, 示波器采用Agilent 54622A数字示波器, 万用表采用Agilen34401A数字万用表。其硬件连接图如下所示:

3. 自动测试设备软件系统构成

ATE的软件系统配合直流电源测试台完成直流电源性能指标的测试, 为测试人员提供尽可能多的测试及修理信息, 引导测试人员进行故障诊断及元器件的检测、加速和简化电源的维修。系统软件通过GPIB卡控制仪器以达到设计目的--检测电源性能指标及排除电源故障。其软件系统设计的难点在于故障诊断。

该ATE软件的系统采用故障树分析法实现故障诊断, 由于检测的电源品种较多, 我们利用专门工程技术人员的经验, 将系统的故障因果关系逻辑化, 建立系统故障树模型, 从而简化系统的故障定位。并将系统的故障定位图形化, 进一步引导提示测试人员。同时为了保持原电路的完整性, 采用基于节点电压或波形来分析故障定位的方法。起故障定位测试流程图如下所示:

4. 结束语

电源自动测试设备可应用于各种系统的周边设备保障, 比如雷达电源系统, 通常包括了各种开关电源, 线性电源, 稳压电源等, 采用电源自动测试设备, 可以加快维修周期, 节约维护成本。

参考文献

[1].杨晓川, 谢庆华, 何俊, 张琦.基于故障树的模糊故障诊断方法, 同济大学学报 (自然科学版) , 2001, 29 (9) :1058-1060.

[2].Zong-Xiao YANG, Kazuhiko SUZUKI, Yukiyasu SHIMADA, Hay-atoshi SAYAMA.Fuzzy fault diagnostic system based on fault tree analysis.IEEE, 1995:165-170.

[3].GJB/Z299B-98.电子设备可靠性预计手册.中国人民解放军总装备部, 1998

电源测试 第10篇

1 储能器件性能分析

对于电能,主要的储能器件有电池,普通静电电容和超级电容。超级电容是介于电池与传统静电电容之间的新概念能量储存器件。超级电容相对普通静电电容具有相同体积下重量轻、容量大的优点;相对电池而言,它的低温性能优越,容量随温度衰减很小,循环寿命长,充电时间短[4]。超级电容已经应用到很多设备的备用电源中,例如在需要大电流/短持续时间备份电源的数据存储应用中,这类电容器正在取代电池。此外,这类电容器也正在进入需要大电流突发或短时间电池备份的各种高峰值功率及便携式应用中[5]。另外超级电容可以单独或者和蓄电池共同作为电网系统的后备电源,当电网发生电压暂降的时候,有效地支撑敏感负荷的直流电压,降低电压暂降对敏感负荷的影响,电网短时间断电时可以为电网上的负载提供不间断供电[6,7]。超级电容也有它的不足,表现为单体工作电压低,通常在2.7 V左右,要通过多个电容器单体的串联才能得到较高的工作电压,而每个单体电容的性能和参数并不相同。这使得多单体直接串联充电时会造成单体电压不一致,因此充电电路要均衡组内单体的电压来提高超级电容器组的使用效率,延长其使用寿命[8]。

2 电源的设计与实现

2.1 电路组成

对于存储式动态测试来说,被测信号产生的时间不确定,要预先闭合电源开关,使系统处于待触发状态,然后放置到测试现场,等待被测信号的到来。由于等待时间可能很长,所以需要大容量的储能器件为测试系统供电。电池具有存储容量大的特点,因此用电池作为主要供电来源。电源开关连接正常的情况下,电池为测试系统供电;电源开关抖动或者断开的情况下,用另外的储能器件供电。被测信号到来和结束之间的持续时间会因不同的测试任务而有差别,在几秒钟到几分钟之间,因此另一种储能器件的容量不必很大,但也不能太小。相比于普通静电电容,超级电容具有容量相等时体积小的优点;相比于电池,超级电容又有工作温度范围宽,循环使用寿命长,充电时间短的优点。综合体积和电容量的考虑,选择超级电容和电池共同储能为测试系统供电。串联两个单体超级电容组成电容器组,以获得较高的的端电压值。

设计的电源电路主要包含电池,超级电容器组,超级电容器组充电电路和电源管理电路,电路结构如图1所示。

电源为测试系统供电有两条路径,分别为电池→开关→PMOS1→稳压器→测试电路,超级电容器组→PMOS2→稳压器→测试电路。电源在不同的情况下分别通过这两条路径为测试系统供电。管理电路切换测试系统的供电来源。充电电路实现对超级电容器组的均压充电。

2.2 电源管理电路

电源在不同状态之间转变时通过控制两个PMOS管的导通与截止来选择供电来源。设计的电源电路原理如图2所示。

图2中比较器和反相器的电源引脚和开关后端接在一起。开关后端电压USP作为比较器的采样电压,比较器比较采样点电压和设定的阈值电压UT,它的输出作为PMOS2的控制信号。反相器的输入端和比较器的输出连在一起,反相器的输出作为PMOS1的控制信号。为了充分利用电池电量,使测试系统能够长时间工作,这里选用稳压器输入端最小电压作为UT的值,UT=3.8 V。

电源管理电路的控制原理分析如下,假设比较器和反相器的输出分别为UCOMPARATOR,UINVERTER,超级电容器组两端电压为UT+B,充满电后UT+B=USC,PMOS管的开启电压为UTP<0,|UTP|<USC。

待触发状态时,电源开关闭合,超级电容器组两端电压为UT+B,USP>UT,UCOMPARATOR=USP,UINVERTER=0,UGS-1=UINVERTER-USP<UTP,PMOS1导通;UGS-2=UCOMPARATOR-UT+B>0,PMOS2截止。电池为测试系统供电,并通过充电电路对超级电容器组进行充电,充电至最终电压USC后自动停止。

被测信号到来时,如果外界冲击造成开关抖动,那么开关会反复断开和闭合。断开时,因为滤波电容的存在,USP不会立即下降为0。在USP的下降过程中,UCOMPARATORUINVERTER变化如下:USP下降至USC之前,UCOMPARATOR=USP,UINVERTER=0。UGS-1=UINVERTER-USP<UTP,PMOS1导通;UGS-2=UCOMPARATOR-USC>0,PMOS2截止。这一阶段UCOMPARATOR,USP下降的很快,UINVERTER保持为0,滤波电容稳定输出电压。当USP下降到UT<USP<USC时,UCOMPARATOR=USP,UINVERTER=0。UGS-1=UINVERTER-USP<0,PMOS1导通电阻逐渐变大;UGS-2=UCOMPARATOR-USC<0,USP下降到某个值时,PMOS2从截止变为导通。UCOMPARATOR随着USP下降,UINVERTER保持为0,超级电容器组和滤波电容共同稳定输出电压。当USP下降到USP<UT时,UCOMPARATOR=0,UINVERTER=USP。UGS-1=UINVERTER-USP=0,PMOS1截止;UGS-2=UCOMPARATOR-UT+B<0,PMOS2导通。这一阶段,滤波电容自放电,下降很慢,超级电容器组稳定输出电压。当USP下降到0以后,反相器和比较器的电源输入端等于0,UCOMPARATOR和UINVERTER被下拉电阻拉到0,UGS-2=UCOMPARATOR-UT+B<0,PMOS2导通。这一阶段用超级电容器组供电。闭合时,USP立即上升到电池电压,UCOMPARATOR=USP,UINVERTER=0。UGS-1=UINVERTER-USP<UTP<0,PMOS1导通,UGS-2=UCOMPARATOR-UT+B>0>UTP,PMOS2截止,切换到电池供电。由于开关抖动时触点动作很快,电路中的变化过程不会按照上面的分析从开始进行到结束,但输出端电压总是稳定的。

冲击造成电源开关断开时,电路的变化过程和开关抖动时断开的情况相同,而且从开始进行到结束。

当电池电量不足导致USP<UT时,电路的变化和开关抖动时USP下降到USP<UT的情况相同,这时电池停止供电,由超级电容器组稳定输出电压。

2.3 超级电容器组充电电路

超级电容器组通过两个单体超级电容CTOP和CBOT串联组成,用凌力尔特公司的LTC3225芯片作为充电芯片。充电终止电压由LTC3225决定,充电到5.3 V后自动停止充电。LTC3225通过外接的1μF电容C5为电容器组进行充电,通过外接的电阻R控制充电电流大小,最大持续充电电流可达175m A。LTC3225内部有振荡电路和控制电路实现CTOP和CBOT的电压检测并实现均压充电。电源开关闭合后,PMOS1导通,电池降压后为超级电容器组充电,充电电路如图3所示。

3 实验结果及分析

实验用到的电池电压为7.8 V,超级电容器组选用两个10 F,2.7 V的超级电容串联组成,用电阻代替测试系统作为负载,电阻值与实际测试系统的输入电阻相近,为负载提供的电压为3.3 V,用示波器测量相关点电压波形。

超级电容器组充电时测量超级电容器组两端电压以及其中一个的单体电压,测量波形如图4所示。黄线(CH1)代表超级电容器组两端电压UT+B;蓝线(CH2)代表电容器组中一端接地的电容单体的两端电压UBOT。

对图4中图形进行分析,在第50 s时闭合开关,电池开始对电容器组充电。超级电容器组两端初始电压为2.16 V,第370 s时充电到5.28 V并维持这一电压值不变。从2.16 V充电到5.28V所用的时间为320 s,说明电容器组可以在较短时间内完成充电。为直观的比较两个超级电容单体两端的电压,从图4中选取几个不同时刻UT+B和UBOT的值并计算出另一个单体两端电压UTOP,如表1所示。

分析表1可知,在充电过程中每个超级电容器单体两端的电压值相差很小,表明设计的充电电路实现了对电容器组中的每个单体电容的均压充电,有利于延长超级电容的使用寿命和提高电能利用率。

超级电容器组充满电以后,测量开关处于抖动状态的时候相关点的电压变化波形,如图5所示。黄线(CH1)代表PMOS1的控制UINVERTER;蓝线(CH2)代表采样点电压USP;紫线(CH3)代表PMOS2的控制电压UCOMPARATOR;绿线(CH4)代表电源的输出电压UOUT。

观察并分析图5中波形的变化。比较采样点电压和电源输出给负载的电压得到:电源开关抖动时,电池输出的电压USP会瞬间变化,但电源的输出电压一直保持稳定。理论分析和实验结果都证明了在电源开关抖动时,设计的电源实现了为负载输出稳定电压的目的。

电源开关断开以后,测量电源相关点的电压变化。根据已经应用于实际测试的测试系统的输入阻抗值选择阻值相近的电阻作为负载。测试系统在不同工作模式时,输入阻抗会有较大的变化,所以分别选用100Ω,50Ω,25Ω电阻进行实验,测量相关点的电压波形,如图6~图8所示。黄线(CH1)代表采样点电压USP;蓝线(CH2)代表超级电容器组两端电压UTOP+BOT;绿线(CH4)代表电源输出电压UOUT。

在图6~图8中,USP下降的时刻是电源开关断开的瞬间。从图中可以看出,在电源开关断开的瞬间,UOUT没有变化;开关断开以后,UT+B不断下降,下降至稳压器输入端最小电压之前,UOUT保持不变。表明所设计的电源可以在冲击造成电源开关断开的瞬间,为测试系统提供不间断的电压,而且能够在一段时间内稳定输出电压。为了更清楚的表示开关断开后电源输出稳定电压的时间,将开关断开后不同负载对应的稳定电压时间列于表2中。

从表2可以看出,测试系统的不同工作模式下,开关断开后,所设计的电源仍能提供几分钟的稳定电压。这就保证了在受到冲击而导致电源开关断开的时候,测试系统可以继续工作相当长的时间,这段时间足够完成后续的测试任务。

4 结论

在传统的防电源抖动电路的基础上,研制了于超级电容器的动态测试系统新型电源,电池作为常用电源,超级电容器组作为备用电源。实验结果表明,冲击造成电源开关抖动时,设计的电源可以为测试系统提供稳定电压;电源开关断开后,设计的电源可以给测试系统提供不间断供电。对传统的测试系统电源进行了改进,解决了由于冲击造成电源掉电的问题,提高了动态测试系统在受到冲击时的可靠性。而且,设计的电源管理电路在充分利用电池电量的同时可以防止电池的过度放电。

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