如何進行電源效率測試有哪些注意事項

效率是電源測試中十分常見的測試項，高效的電源表現是眾多廠家一直追求的目標。在芯片的規格書中，一般會提供幾種常見輸入輸出應用下的效率曲線。當我們實際的應用范圍與規格書上不同，或者在demo板的基礎上我們進行了其他改動時，就需要重新進行效率測試。本文就來講一講如何進行效率測試以及一些注意事項。歡迎指正與補充。

1. 測量值

根據效率的計算公式可知

在測效率時，需要測得Vin、Vout、Iin、Iout這四個值（或者Pout和Pin），進行計算，即可得到最終結果。

2. 四表法

最常見的效率測量方式是四表法，即用四個萬用表來測得以上四各參數。常見的萬用表都是同時具有電流檔和電壓檔的。

連接示意圖如下：

tips：

- 使用電流檔時，需將萬用表串聯在電路中，注意電流流向；使用電壓檔時，則是并聯，注意正負極。

- 使用電流檔時，一開始要用安培檔，若是顯示位數不夠精確時，再更換至毫安檔進行測試。用毫安檔進行測試的情況下，調高負載電流時，要注意是否超過毫安檔量程（一般在400mA）。若是不小心超過量程，會導致萬用表內保險絲燒毀，更換保險絲后，才能繼續使用毫安檔進行測試。

- 兩個電壓表都接在板端，且連接線盡量短。不要接在電源端和負載端去讀取數據，這樣會較多地計入連接線上的產生的損耗，影響測試結果。

- 若想用電子負載直接讀取輸出部分的數據，可以用圓環連接線，圓環端直接焊在demo板上，另一端連接至電子負載。這樣測試產生的損耗比直接用夾子連接產生的少。但一般還是會比用萬用表測得的效率低些。

- 若是遇到超過萬用表量程的情況，可以用電子負載讀數，也可以用量程范圍較大的功率計直接測量輸出功率。

3. 測試步驟

以簡單的BUCK電路為例，效率測試的步驟大致如下：

（1）確定需要測試的條件：輸入輸出電壓以及輸出電流。在輕載電流部分，需要多取幾個點；重載部分，取點間隔可以稍大。例如，Iout=0-6A，測試點可取：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）確認測試板在測試條件下工作正常，輸入輸出電壓正確，觀察SW波形，在輕載和重載時SW波形都正常，無嘯叫和異常發熱。

（3）斷電，按照上述示意圖，將四個萬用表接入電路，電流表置于安培檔位。連接完成后，重新上電。

（4）上電后，即可按照測試條件，慢慢調整負載電流，需要等萬用表上數值穩定后，再記錄測試數據。輸入電壓可能會隨著負載電流的上升有所下降，低于測試條件。此時，需要適當抬高輸入電壓，盡量保持測試輸入電壓的萬用表上的數據與測試條件一致。

4. 報告形式

除了將測試到的Vin Vout Iin Iout 填入表格，得到相應的計算結果。為了更直觀地表現結果并與其他芯片做對比，一般會畫出效率曲線。

如下圖，是MP4581在Vin=24V/36V/48V, Vout=12V, Iout=1mA-800mA情況下測得的效率結果：

一般DCDC電源的效率在輕載時較低，最高效率點出現在較重載的時候。效率曲線較為平滑，如果畫出的效率曲線出現突然上沖或者下落的點，可以重新測試那一點的效率，確認數據的正確性。

效率測試得到的結果有時并不盡如人意，當效率沒有達到預期值時，可以用哪些方法來進行優化呢？此處列出以下幾種，以供參考，也歡迎補充和指正。

1. 更換器件

在基礎的DCDC電路中（此處依舊以BUCK 電路為例），有不少器件上都會產生損耗，從而影響效率：

a. 電感DCR ：指的是電感的直流電阻（即線圈的電阻），可將其與普通電阻一樣視為耗能元件，在流過電流時，會產生損耗。故選擇DCR更小的電感，可以達到減小損耗，提升效率的效果。

b. 電容ESR ：由于所有的器件都不是理想元件，實際的電容都具有寄生參數ESR（等效串聯電阻）。當電流流過，ESR越大，則電阻損耗的功率越大，不僅會對效率有影響，還會影響電容壽命。故降低電容ESR也可以達到提高效率的效果。也可以采用多個電容并聯的方式來降低ESR。

c. MOSFET ：目前常用的同步DCDC變換器中，都有MOSFET的存在。Rdson指的是晶體管的導通阻抗（可在器件規格書上找到），這一規格直接決定了MOSFET的功率效率。小的Rdson 值有利于減小器件導通期間產生的損耗。