世界各地的監(jiān)管機構已經開始注意到插入墻壁插座的電子產品待機功率緩慢的問題。國際電工委員會 (IEC) 等委員會已采取積極措施發(fā)布標準，例如 IEC62301，指定家用電器的待機功率限制。類似的標準或其衍生品在世界各地實施。

傳統(tǒng)上，對此類標準的合規(guī)性測試是在設計周期結束時進行的，但如果設計未能通過合規(guī)性測試，情況就會迅速改變——電路板輪換和重新測試會變得既昂貴又耗時。避免此類情況表明需要在設計周期的早期進行預一致性測試。

待機功率測量挑戰(zhàn)

查看隨時間記錄的電源輸入側低待機功率的示例（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：低待機功率測量通常是尖峰且不規(guī)則的。

低電流會導致許多問題。波形高度失真，因為在低負載下運行的電源通常會消耗非正弦波、峰值因數非常高的電流。功率因數很低，因為電流可能主要是通過電源的 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。

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

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

在處理此類信號時，另一個需要牢記的重要問題是功率因數。傳統(tǒng)上，功率因數定義為：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）遠高于實際有功功率或實際功率。這意味著，出于所有實際目的，功率因數應定義為：

PF =有功功率（W）??????? ? ? ? ? 視在功率（VA）

IEC 62301 測試

最新的待機電源 IEC 62301 第 2 版標準認識到測試待機電源所涉及的挑戰(zhàn)，將其考慮在內并推薦測試方法。

大多數實驗室的墻壁插座電壓質量可能不是很好，并且在大多數情況下，由于電壓諧波含量或超出限制的波峰因數，可能導致 IEC 備用電源測試失敗。因此，強烈建議使用具有規(guī)定容差的交流電源，即使是用于預一致性測試。電壓源的電壓和頻率輸出應在 1% 以內，總諧波含量應低于 2%，直至 13 次。電壓峰值因數??應在 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?? ?????????????? 功率因數

使用標準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 時約為 2%，在 0.5 W 時約為 4%。一些標準（如能源之星）要求更高，在 0.5 W 時要求精度為 2%。這意味著您的功率分析儀應該最小瓦特精度為 2% 或更高，分辨率為 10 mW 或更高。應該注意的是，由于存在如此多的可變性，因此需要在測試運行時實時計算不確定性，然后將其包含在報告中。

直接抄表和平均抄表測試方法實際上都已過時，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，則建立穩(wěn)定性。

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

圖 3：在這個使用 Tektronix PA1000 或 PA3000 功率分析儀的 IEC 62301 測試設置中，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。一種方法是負載上的電壓測量值比電流更準確，另一種方法是負載上的電流比電壓更準確。連接選擇取決于負載電流是否非常低，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載側，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重要。

另一方面，如果負載電流較高，則物理分流器上消耗的功率可能高到足以在功率讀數中產生錯誤。為防止這種情況發(fā)生，功率分析儀電流分流器被設置為通過將其移向源側（圖 4，左）來忽略其上的壓降。在使用泰克 PA1000 或 PA3000 功率分析儀進行測試設置的情況下（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備而異，但大多數都非常相似。

考慮到阻抗值，當從 230 V 供電時，電壓表通道的壓降為 53 mW。在測量數百瓦的功率時，這不是一個重要的數字，但當功率低至 30 mW 時，這可以導致非常嚴重的錯誤。

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 600 mW。這種跨測量通道的下降會顯著影響讀數并產生錯誤的結果。因此，在進行連接時應小心謹慎，尤其是在測量非常低的功率值時。同樣，分線盒通過提供兩個不同的端子來在電源側和負載側之間進行切換來提供幫助。 ?

審核編輯：湯梓紅