简要介绍电源效率测试

效率是电源测试中十分常见的测试项，高效的电源表现是众多厂家一直追求的目标。在芯片的规格书中，一般会提供几种常见输入输出应用下的效率曲线。当我们实际的应用范围与规格书上不同，或者在demo板的基础上我们进行了其他改动时，就需要重新进行效率测试。本文就来讲一讲如何进行效率测试以及一些注意事项。

1. 电源效率的定义：

Pout为输出功率：

Pout = Vo * Io

Pin为输入功率：

Pin = Vin * Iin

这里Iin是电源的平均输入电流或者直流电流。

理想状态下：η=1，即完美的，转换效率是100%，但是现实往往距离理想很远。

损耗的能量，都去哪里了？——热！

我们会越来越关注电源的效率：

1、很多设备，都是电池供电，提高效率有效提升待机时间：手机、对讲机、特斯拉汽车。

2、大功率设备，例如：服务器、显卡，有效节能会给运营者带来极大的成本优化。

3、效率低下的电源，带来很高的温升。在高温的环境下，会影响整个系统的可靠性。按照一般经验10℃的温升，会增加失效率加倍。

对于电源工程师来说：提高电源效率，降低电源温升，是重要工作之一。所以我们要准确测试我们设计的电源的效率，来评估我们的电源设计的水平。

2. 四表法

最常见的效率测量方式是四表法，即用四个万用表来测得以上四个参数。常见的万用表都是同时具有电流档和电压档的。

连接示意图如下：

tips：

• 使用电流档时，需将万用表串联在电路中，注意电流流向；使用电压档时，则是并联，注意正负极。

• 使用电流档时，一开始要用安培档，若是显示位数不够精确时，再更换至毫安档进行测试。用毫安档进行测试的情况下，调高负载电流时，要注意是否超过毫安档量程（一般在400mA）。若是不小心超过量程，会导致万用表内保险丝烧毁，更换保险丝后，才能继续使用毫安档进行测试。

• 两个电压表都接在板端，且连接线尽量短。不要接在电源端和负载端去读取数据，这样会较多地计入连接线上的产生的损耗，影响测试结果。

• 若想用电子负载直接读取输出部分的数据，可以用圆环连接线，圆环端直接焊在demo板上，另一端连接至电子负载。这样测试产生的损耗比直接用夹子连接产生的少。但一般还是会比用万用表测得的效率低些。

• 若是遇到超过万用表量程的情况，可以用电子负载读数，也可以用量程范围较大的功率计直接测量输出功率。

3. 测试步骤

以简单的BUCK电路为例，效率测试的步骤大致如下：

（1 确定需要测试的条件：输入输出电压以及输出电流。在轻载电流部分，需要多取几个点；重载部分，取点间隔可以稍大。例如，Iout=0-6A，测试点可取：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 确认测试板在测试条件下工作正常，输入输出电压正确，观察SW波形，在轻载和重载时SW波形都正常，无啸叫和异常发热。

（3 断电，按照上述示意图，将四个万用表接入电路，电流表置于安培档位。连接完成后，重新上电。

（4 上电后，即可按照测试条件，慢慢调整负载电流，需要等万用表上数值稳定后，再记录测试数据。输入电压可能会随着负载电流的上升有所下降，低于测试条件。此时，需要适当抬高输入电压，尽量保持测试输入电压的万用表上的数据与测试条件一致。

4. 报告形式

除了将测试到的Vin Vout Iin Iout 填入表格，得到相应的计算结果。为了更直观地表现结果并与其他芯片做对比，一般会画出效率曲线。

如下图，是MP4581在Vin=24V/36V/48V, Vout=12V, Iout=1mA-800mA情况下测得的效率结果：

一般DCDC电源的效率在轻载时较低，最高效率点出现在较重载的时候。效率曲线较为平滑，如果画出的效率曲线出现突然上冲或者下落的点，可以重新测试那一点的效率，确认数据的正确性。