在1990年代，專家計算得出，如果不努力提高效率并減少“空載”功耗，外部電源（用于為手機，游戲機和筆記本電腦等所有設備供電的電源）將占到令人震驚的30％不到20年的總能源消耗。功耗有所提高，但現在需要進行測試以證明電源可以滿足規定。

當時，電源的效率可能低至50％，更糟糕的是，當關閉正在供電的設備時，它們仍會消耗相當多的功率。從1992年開始，美國環境保護局啟動了包括能源之星計劃在內的旨在提高能源效率的自愿計劃。直到2004年，當加州能源委員會（CEC）采取行動時，各國政府才開始制定關于效率和空載功耗的強制性標準。

從那時起，圍繞外部電源效率的全球監管環境迅速發展，在電子行業試圖跟上動態監管環境的過程中，電子行業面臨許多挑戰和不確定性。不過，毫無疑問，這一努力是值得的。例如，EPA估計，在過去十年中實施的外部電源效率法規已將能源消耗減少了320億千瓦，每年節省了25億美元，并且每年減少了超過2400萬噸的CO2排放量。

在美國，自能源部（DOE）發布于2016年2月生效的VI級標準以來，功率效率標準一直保持相對穩定。但是，從全球范圍來看，情況更加暗淡。一旦現行的自愿行為守則（CoC）成為強制性規定，下一輪立法預計將來自歐洲。歐盟更嚴格的CoC版本5 Tier 2自愿標準原定于2018年1月生效，但最終實施被推遲了一兩年。

無論標準是自愿性的還是強制性的，我們都不應以為當局放慢了監管進展的步伐。電源設計人員面臨著艱巨的挑戰，要不斷提高效率，同時還要在各種輸入和負載條件下保持規定的性能。除效率外，設計人員還必須遵守有關電流諧波，安全性和EMI / EMC的國際法規。

修改電源以滿足更嚴格的標準（例如降低空載功耗）通常不是簡單的組件更改。在這種情況下，例如，可能需要將控制IC更改為消耗較少功率的控制IC，并且可能需要實現諸如脈沖跳躍之類的節能技術。反過來，對原邊電路的更改可能要求重新提交產品以更新各種安全認證。重新設計和重新認證過程都是昂貴的，這強調了在設計周期的早期就需要對合規性測試進行預合規性測試，以幫助減少第三方合規性實驗室的重新運行。

測試方法概述

盡管即將出現更嚴格的標準，但DOE VI級使用的原理和基本方法可以適用于任何AC-DC電源，并且具有廣泛的適用性。官方測試方法已在《美國聯邦法規規則》第10篇第430部分B子部分的附錄Z下發布，可從美國政府印刷局獲得。

VI級測試要求在負載和空載條件下測試外部電源。在30分鐘的預熱時間之后，必須監視交流輸入電源5分鐘以檢查設備的穩定性。功率電平漂移應在觀測到的最大值的1％以內，并且必須在每種負載條件下進行5分鐘的穩定性檢查。在VI級下，必須按該特定順序分別在降額負載（±2％）的100％，75％，50％，25％和0％下測試被測設備。對于您希望在市場上待用一段時間的電源，您還需要參考CoC版本5 Tier 2，它增加了在10％負載下進行測試的要求-在低負載條件下，許多類型的電源效率很低。

根據標準，功率效率是在每種負載條件下實時計算為輸出有功功率與交流輸入有功功率之比，并單獨記錄。另一方面，已消耗但未轉換為輸出功率的電源功率被計算為在每種負載條件下有功輸出功率與有功交流輸入功率之間的差，并再次單獨報告。

請注意，空載功耗測試還必須符合加利福尼亞能源委員會發布的“計算單電壓外部AC-DC和AC-AC電源的能效的測試方法”中指定的要求。

測試設備要求
電源效率測試的主要動力是功率分析儀，它可以測量AC-DC電源上的輸入和輸出功率，同時還可以進行效率測量。功率分析儀的要求由IEC 62301標準定義。通常，該標準要求設備在95％的置信度下，根據功率級別，其不確定度等級為1％或2％。

這些標準還定義了對有源或無源負載的要求，在測試效率時設置DUT的輸出電流是必需的。電子負載雖然相對昂貴，但由于其多功能性和可編程性，可以提供比無源負載顯著的優勢，并且還可以幫助自動化效率測試，減少測試時間并最大程度地減少用戶錯誤。無源負載和電子負載都需要在所有要求的輸出電壓下保持負載電流，精度為±0.5％。

除負載外，大多數情況下還需要交流電源，以進行符合法規標準的效率測試。來自交流壁式插座的輸入電壓不可靠，并且可能會因各種因素（例如一天中的時間，接線阻抗和負載變化）而有很大的變化。交流電子電源通過提供可追溯且可靠的電壓輸出來解決這些問題，該電壓輸出在要求的標準范圍內具有校準的容差。大多數電子交流電源也允許進行編程，這使自動化效率測試變得容易，并減少了時間和用戶錯誤。根據標準用于效率測試的交流電源要求輸入電壓和頻率在規定值的±1％以內，要求輸入電壓的總諧波含量（THC）在≤2％之內，且不超過額定值。 13次諧波。

運行測試
此示例演示了一種使用功率分析儀，電子負載和效率測試軟件對外部AC-DC電源進行效率測量的簡單方法。圖1顯示了一個分線盒，它有助于使輸入交流電連接安全，簡單。

DUT上的AC輸入通過接線盒連接到功率分析儀的通道1，該接線盒接入電流信號并測量輸入端子上的電壓。電子負載用于加載電源的DC輸出（圖1）。在功率分析儀的第二個通道上測量輸出的直流電壓和電流。

圖1. AC-DC電源的效率測試設置。

建立連接后，可以將功率效率應用程序與功率分析儀結合使用，以配置和測量電源效率。然后將交流電源和電子負載分別設置為所需的電源和負載條件。

在進行測量之前，通過將負載值設置為100％額定電流來預熱被測電源30分鐘。在測試開始時僅需要一次預熱時間。預熱期過后，將對輸入交流電源進行5分鐘監控以確保穩定性。在此期間，輸入功率必須保持在所觀察到的最大值的1％以內。

一旦建立了穩定性，便會針對100％負載情況進行效率測量。在每次負載變化之間的5分鐘穩定時間段之后，針對75％，50％，25％和0％的負載條件重復此過程。如果展望未來，您可能還希望以10％的水平進行測量。

功率分析軟件應用程序通常允許您在執行效率測試時查看波形和諧波數據以及趨勢圖。圖2顯示了諧波條形圖顯示。由于波形是由諧波數據構成的，因此您將需要設置軟件以捕獲最大數量的諧波，以提高準確性。趨勢圖可用于分析一段時間內的穩定性和效率。

圖2.由電源汲取的輸入電流的諧波圖顯示了第43次諧波的增加。

測試待機功率

您必須測試電源的空載條件或備用電源。電源必須在效率標準中規定的空載功率限制內。圖3中的測試集與用于效率測量的測試集相似，但是沒有電子負載。

圖3.空載或待機功率測試的測試設置使用接線盒和功率分析儀。

在最大負載電流低于1 A的情況下，您將需要使用1-A分流器以在低電流測量中獲得更高的分辨率和更好的精度。在測量待機功率時，將功率分析儀的分流器連接到低電壓端子的負載側，如圖4所示。

圖4.對于低功率測量，在低電壓端子和負載之間連接功率分析儀的電流分流器。

請注意，如圖5所示，將電流分流器連接到低電壓端子的源極側會由于低電壓測量中電壓表阻抗兩端的壓降而引起嚴重誤差。例如，從230 V供電時，電壓表通道阻抗的1MΩ下降將為53 mW。當測量超過1 W的功率時，該值可能不是一個顯著的值，但是當測量低于100 mW的功率時，可能會導致嚴重的誤差。 。

圖5.用于低功率測量的錯誤接線方法（對于高功率測量，OK）。

根據IEC 62301，運行備用電源測試的默認時間為15分鐘，可能需要進行一些更改才能滿足某些地區或本地要求。

電源上與效率，待機功率和其他與關鍵功率相關的測量均需要精密，精密的儀器，以確保電源符合其規格。通過正確組合功率分析儀，電子負載，交流電源和功率效率軟件，電源設計人員面對不斷提高的效率和更低的待機功耗要求的挑戰，始終可以確信他們的設計將滿足規格要求。

Josh Brown是泰克公司吉時利分部的高級應用工程師。

編輯：hfy