- 探究精確測量并改進(jìn)設(shè)備的低效率的方法
- 采用型號為PXI-4130的功率SMU作為測量儀器
- 通用的PXI測試系統(tǒng)有助于產(chǎn)品實際能量效率的測量
全球的工程師和科學(xué)家正在為迎接能源保護(hù)的挑戰(zhàn)而努力，其中之一就是“一瓦倡議”行動，該項工作極大地阻止了由于“電流吸血鬼”而造成的損失，它在全球數(shù)十億設(shè)備上浪費了大量能源。另外一項行動是“能源之星”認(rèn)證，其目標(biāo)是促進(jìn)這些設(shè)備的效率優(yōu)于法律要求的指標(biāo)。
然而，工程師在修正設(shè)計問題以改善效率之前，必須先采用一種方法來精確測量和描述問題。由于能源保護(hù)是一項持續(xù)的戰(zhàn)斗，工程師和科學(xué)家們需要有不同的方法來處理變化的新需求。
一個很好的例子是插在墻上插座的交流電源適配器。這些用電設(shè)備外部的變壓器為數(shù)十億的設(shè)備提供從交流電源到直流電源的轉(zhuǎn)換。它們也同樣消耗功率，因而被稱為“電流吸血鬼”，即使是與它們相連的設(shè)備被斷開也同樣會吸收電流，這是因為變壓器本身的漏電流導(dǎo)致了持續(xù)的交流電流損耗。
更大的設(shè)備通常使用內(nèi)部的變壓器，但它們同樣具有在工作效率低和在待機(jī)模式下浪費能源的問題。研究表明，家用電能的10%被這樣浪費掉。
待機(jī)狀態(tài)功率測量案例
考慮測量一種用于新型移動電話的交流電源適配器待機(jī)性能的簡單案例。測量吸收電流能量損耗的通常方法是簡單地用數(shù)字萬用表（DMM）測量交流吸入電流，再與電源的均方根電壓相乘。
然而，這一假設(shè)要求電路是阻性，并且功率輸入是純正弦曲線。輸入電壓或吸入電流的波形改變，以及輸入電壓和消耗電流之間的相位不同，都有可能在計算吸收功率時產(chǎn)生非常大的差異。
圖1 測量真實功率需要了解信號幅度、波形和相位方面的知識
功率損耗的更精確描述可以通過測量設(shè)備的真實功率，或“近似功率”獲得，這種測量必須考慮信號的波形和相位。分析真實功率的方法之一是使用兩臺同步的PXI-4071 FlexDMM設(shè)備，每臺都具有采集電壓和電流波形速率高達(dá)1.8Ms/s的能力，并提供標(biāo)準(zhǔn)DMM的讀數(shù)方式。
圖1是兩臺FlexDMM測量的電壓和電流波形圖，這個結(jié)果是按時間均分的對真實功率的測量。一臺設(shè)備測量加到交流適配器上的電壓，另一臺則串聯(lián)在交流適配器上用于測量電流。在這種情況下，被測適配器所消耗的真實功率是1.89W，這好于其他設(shè)備，但非常明顯還沒有達(dá)到被稱為“一瓦倡議”的性能指標(biāo)。
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精確進(jìn)行工作狀態(tài)下的測量
當(dāng)我們考慮如何測量被測設(shè)備工作狀態(tài)效率的時候，就需要具有同時測量真實的交流輸入功率和直流輸出功率的能力。這種負(fù)載測試應(yīng)該在不同輸出負(fù)載級別上分別進(jìn)行。
通常，工程師可以通過使用一個簡單的可變電阻負(fù)載來完成這樣的測量。還有一種方法，它可以增加靈活性，就是在適配器的直流輸出端使用一個源測量單元（SMU），SMU具有吸入四象限輸出電流的能力。
這種方法可以集成進(jìn)采用型號為PXI-4130的功率SMU作為測量儀器的PXI系統(tǒng)中，并提供固定的負(fù)載電流。為了獲得功率值，相同的SMU可以用于測量直流電壓輸出和電流輸出，而且，也可以和真實功率測量進(jìn)行比較來確定在不同負(fù)載級別下的轉(zhuǎn)換效率。為了得到更加詳細(xì)的特性，工程師可以在一定范圍內(nèi)掃描SMU的吸入電流，如從空載到最大負(fù)載。
圖2 通用的PXI測試系統(tǒng)有助于產(chǎn)品實際能量效率的測量
當(dāng)然，功率的損耗不僅僅限于交流適配器。許多設(shè)備在不活動狀態(tài)或關(guān)閉時都有漏電流，并消耗功率。為了測量這種情況下的功率消耗，工程師可以使用由兩臺DMM和一臺SMU組成的相同PXI測試系統(tǒng)，如圖2所示，來測量設(shè)備在各種工作狀態(tài)下的功率消耗。
在這種方案中，輸入交流電源被斷開，PXI-4130 SMU用來給被測設(shè)備提供直流電源。工程師可以設(shè)置被測設(shè)備的工作條件為活動狀態(tài)、低功耗狀態(tài)和休眠狀態(tài)，并測量動態(tài)電流和漏電流，分辨率低至納安級別。
對于更嚴(yán)格的低功耗測量，有些設(shè)備可以通過內(nèi)部獨立電路的使能設(shè)置進(jìn)入到各種休眠狀態(tài)。通過持續(xù)監(jiān)視這些被使能單元所消耗的電流，就有可能分析是否某一個單元有缺陷，并因此獲得該設(shè)備更詳細(xì)的性能分析結(jié)果。此外，PXI SMU也可以給被測設(shè)備提供電源和測量該設(shè)備消耗的電流，附帶的數(shù)字接口模塊可以用來配置儀器進(jìn)入到合適的工作狀態(tài)。
基于PXI的解決方案具有提供易于同步多個高壓波形采集模塊的能力，同時，通過增加各種標(biāo)準(zhǔn)模塊儀器到系統(tǒng)中，又能滿足其他測試需求。例如，通過增加一個SMU，就可以測量變壓器效率與負(fù)載關(guān)系，以及設(shè)備在不同工作狀態(tài)下的功率消耗。這套系統(tǒng)也可以用于評估移動設(shè)備的音頻、視頻，或射頻功率，用來確定在不同使用模式下功率消耗與設(shè)備性能之間的關(guān)系。由于工程師可以從一個獨立的PXI控制器來控制系統(tǒng)中的所有儀器，所以他們就可以進(jìn)行自動測量和分析，并以統(tǒng)一的編程環(huán)境，如LabVIEW，來顯示結(jié)果。
