作者wolflsi (港都狼仔)
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标题[闲聊] 电源测试文阅读小指南
时间Fri Apr 12 17:25:21 2019
狼窝好读版：
http://wolflsi.pixnet.net/blog/post/67908465
电源测试文阅读小指南Part II
Part II，新增测试设备、部分测试增加/修改说明
每次发表电源测试文後，很多网友都会询问该如何看懂里面的数据，或是分出好坏，也有
多数网友表示看不太懂，这个问题困扰在下许久，这次提出一篇电源测试文阅读小指南，
希望能对阅读电源测试文有所助益
在下的电源测试环境及主要测试设备如下：
https://i.imgur.com/aJFabWB.jpg
▲GWinstek固纬PEL-2004A主机框加四部PEL-2040A电子负载模组，每个模组最大功率350W
，透过群组组合方式连接待测电源+12V，最高可消耗1400W
▲Chroma 63030单机电子负载二部，每部最大功率300W，分别连接待测电源3.3V及5V，也
可调配支援+12V负载
▲400W电子负载一部，用作弹性调配及充电器测试
▲HIOKI 3332 POWER HiTESTER(测量交流输入电压、电流、实功率、功率因数)
▲SANWA PC7000、SANWA PC5000、FLUKE 289数位电表(测量待测电源连接负载的输出线组
接头上3.3V/5V/12V输出电压)
▲Tektronix TDS3014B数位示波器(测量涟波及动态负载各路电压波形)
▼HIOKI 8808/8841 MEMORY HiCORDER资料记录器，撷取待测电源Hold-up及Soft-Start记
录
https://i.imgur.com/45B6i7y.jpg
▼FLIR E4改E8红外线热影像相机，拍摄待测电源红外线热影像
https://i.imgur.com/RYhfbGu.jpg
以上设备多是在下自费购入新品或二手品，HIOKI 8808/8841则是回收萤幕故障品并自行
维修後加入测试
★80PLUS效率测试
这个测试就是在输入115V环境，依照80PLUS测试报告中的各路电流设定，去测试电源在
10%、20%、50%、100%下的实功率及功率因数，并算出转换效率，是否符合白牌/铜牌/银
牌/金牌/白金/钛金的认证需求
电源供应器於115V输入下，各种80PLUS认证所要求的10%/20%/50%/100%输出最低效率值。
目前只有钛金Titanium有看10%输出的效率值，不同效率认证，对功率因数也有不同要求
https://i.imgur.com/Qp7w1G7.jpg
电源供应器转换效率越高，表示同样的输出瓦数，其交流输入耗电量越小，多部电脑运作
以及长时间使用下也会反映在电费的减少上；转换效率高同时也代表电源运作时产出的废
热量越低
功率因数(Power Factor，PF)包含电压/电流波形相角差(Phase Angle)及总谐波失真率
(Total Harmonic Distortion，THD%)，与传统电感性/电容性负载因电流波形落後/领先
电压波形不同，交换式电源供应器因为输入端桥式整流器运作特性，会让电流波形发生畸
变，进而影响总谐波失真率THD%，而使功率因数降低
下图左边为未带功率因数修正的交换式电源供应器输入交流电压及电流波形，绿色电压波
形为家用交流电正弦波，但红色电流波形因整流器运作特性而畸变成尖波状，电流波形失
真率提高而使功率因数降低
下图右边为带主动功率因数修正(Active Power Factor Correction，APFC)的交换式电源
供应器输入交流电压及电流波形，APFC电路运作时会让红色电流波形趋近绿色电压正弦波
波形，降低电流波形失真以提高功率因数
https://i.imgur.com/uXarUdM.jpg
当交换式电源供应器的功率因数较好时，不只交流输入线电流可以降低，也表示不会因电
流波形失真畸变，在电力线上产生谐波干扰影响其他家电产品
进行80PLUS效率测试同时，也会比较在不同电压取样点下，对整体效率数据的影响。当
3.3V/5V/12V电压取样点是在电源输出线组末端插头，其电压量测数据会比起从电源本体
未使用插头所测量的数值要偏低一些，主要原因就是电源本体内部配线方式、模组化连接
器及输出线组，会随着输出电流增加而使压降增大，导致两组电压取样点的数据有所差异
，同时也可以从两者电压及效率数值差异，来得知此电源在内部配线、模组化连接器、输
出线组对输出所产生的影响
https://i.imgur.com/joD4Gwo.jpg
效率测试记录表如下图：
https://i.imgur.com/qyFOVnQ.jpg
★不同静态负载百分比的3.3V/5V/12V输出电压变动及转换效率测试
测试电源於不同静态负载百分比的综合输出及纯12V输出下3.3V/5V/12V的电压变动数据，
可看出不同负载下电压变化的趋势及稳定性。正常各路电压变动范围不应超出正负百分之
五(3.3V为3.135V至3.465V，5V为4.75V至5.25V，12V为11.4V至12.6V)
测试同时也会记录当下输出百分比的转换效率，目前电源多采用DC-DC经12V转换出
3.3V/5V电压，综合测试下3.3V/5V电流在测试中段就会拉到其规格标示的总和功率满载，
因叠加DC-DC的效率损失，效率结果会偏低；纯12V输出测试因3.3V/5V空载，可直接表现
出电源供应器内部12V功率级的转换效率，效率结果会偏高，这是与80PLUS效率测试不同
之处
这里的测试电压取样点是在连接负载的输出线组末端插头上，所以包含了内部配线、模组
化连接器、输出线组所产生的压降损失，较容易呈现出真实使用状况
综合输出记录表如下图：
https://i.imgur.com/gl9Dm3p.jpg
纯12V输出记录表如下图：
https://i.imgur.com/9Jixh7J.jpg
也可以从上面表格所记录的3.3V/5V/12V电压数值，计算出电压偏移幅度及负载调整率的
百分比，公式如下：
电压偏移幅度百分比 = (电压最大值-电压标称值) / 电压标称值 * 100%
负载调整率百分比 = (电压最大值-电压最小值) / 电压标称值 * 100%
举例来说，上面综合输出表格3.3V(标称值)於8%至99%输出下，最大值为3.3263V，最小值
为3.2814V，则电压偏移幅度为0.79%，负载调整率为1.36%
★偏载测试
於12V维持空载(电流0)下，测试电源输出3.3V满载(输出电流达到规格标示)、5V满载(输
出电流达到规格标示)、3.3V/5V满载(3.3V+5V总和功率达到规格标示)的各路电压变动，
正常各路电压变动范围不应超出正负百分之五(3.3V为3.135V至3.465V，5V为4.75V至
5.25V，12V为11.4V至12.6V)
上面纯12V输出下所测得的各路电压数据，因这时3.3V/5V空载，也能表现出12V偏载下的
各路电压变动
偏载测试记录表如下图：
https://i.imgur.com/plfOzXm.jpg
★红外线热影像测试
透过红外线热影像相机，观察电源於满载输出下，内部各部元件、外壳背面(有把热导到
外壳的机种)、模组化输出插座部分(模组化的机种)的高温点分布状况。测试时会将电源
原装的风扇自外壳拆下，直接放置在内部元件上方，於开放的常温环境(28℃)下开始进行
综合输出及纯12V输出负载测试，在测试接近/达到100%输出时(约开始测试一小时後)暂时
将风扇掀开，拍摄红外线影像後再放回去。测试进行中风扇仍会对元件进行散热，不过因
为没有装上部外壳，风扇气流引导状况会稍微不同於正常使用状态
内部高温点温度越低，表示其热量产出较少或经过适当散热处理，对於高环境温度及长时
间运作下，元件较不易因为长时间高温而影响其性能及耐久力
电源测试中，取下的风扇直接放在内部元件上方
https://i.imgur.com/2AebLYW.jpg
电源内部热影像如下图：
https://i.imgur.com/xdbQy5a.jpg
模组化输出插座热影像如下图：
https://i.imgur.com/DqYZlVB.jpg
★断电维持时间(Hold-up time)测试
当电源供应器运作中断电，内部储能元件(电容)可以维持输出一小段时间，此为断电维持
时间(Hold-up time)。当家用电源发生压降/瞬断、停电时UPS进行备用电源切换时，输入
交流电源会被切断一小段时间再恢复供应，在断电维持时间内电源供应器可维持各路电压
输出，不让电脑硬体发生重新启动或是关机的现象
依照规范，交流输入中断後，电源供应器於全负载输出状态下各路输出要能维持至少17ms
，Power Good(PG)信号要能维持16ms，才会到达输出骤降转折点，过了骤降转折点後，电
脑硬体就会因电压骤降而关闭或重新启动。另外也要注意开始压降点，部分电源在达到骤
降转折点前会先出现缓慢压降的现象，若压降幅度过大(降低超过5%，以12V来说就是低於
11.4V)，电脑硬体也可能会因为压降幅度过大而出现重新启动现象
测试方式，交流115V输入下待测电源12V/5V/3.3V满载输出，将输入交流断电後，从交流
电压中断处开始测量12V/5V/3.3V输出至骤降转折点的时间差
Hold-up time测试结果说明如下图：
https://i.imgur.com/tFZgjpr.jpg
★软启动时间(Soft-start time)与电压上升时间(Rise time)
电源供应器从通电到达全负载输出这段时间，这段时间电源供应器因为内部电容充电，为
了避免零件受到过大电流冲击，各路输出电压会缓慢上升，所以交流通电一段时间後，各
路输出才会启动。另外，从输入零电压通电直接全负载输出，电源供应器不应出现故障或
其他异常(例如炸机)
依照规范，各路输出电压从0上升至稳定值的上升时间(Rise time)应在0.2至20ms之间，
一般来说12V的上升时间会较长，3.3V/5V上升时间会较短
测试方式，待测电源从交流115V通电处开始测量，到12V/5V/3.3V满载输出稳定值的时间
差
Soft-start time/Rise time测试结果说明如下图：
https://i.imgur.com/Ed2EqJt.jpg
★空载涟波
主要是测试电源在空载状态下3.3V/5V/12V输出的低频/高频涟波，目前高效率电源多采谐
振设计，因为谐振透过频率调变(FM)来控制输出功率，在空载/极轻载状态下会超出频率
可调变范围，这时候为了避免输出超压，谐振控制器会进入硬开关脉宽调变模式(Hard
Switching PWM)或是跳周期/爆发(Skip/Burst)模式，其所采用的模式会反映在12V空载输
出涟波上，透过示波器观察12V的空载涟波，可以了解到该电源在空载/极轻载状况下所采
取的处理方式
输出的涟波越接近正常输出状态，表示空载/极轻载下对输出影响越小
测试结果如下图：
https://i.imgur.com/UVR1tf1.jpg
★综合3.3V+5V+12V满载涟波
涟波，就是一个附着於直流准位之上的交流成份杂讯，此交流成份包含周期性与随机性之
讯号，英文称为PARD (Periodic And Random Deviation)，由於交换式电源供应器采用高
频交换技术，搭配输出滤波电路，可以将交流市电转换成各元件所需的直流电压，经交换
式转换後，会在直流成份中含有少许交流成份杂讯(涟波)，若涟波过大将会干扰被供电的
元件，可能使其产生误动作或出现当机。依照规范，+3.3V/+5V/+12V的最大涟波Vp-p(峰
值对峰值)不得超过50mV/50mV/120mV
进行综合3.3V+5V+12V满载涟波测试，会将电源拉到其规格标示的最大3.3V/5V总和功率，
加上12V总输出达到/接近电源规格标示的100%功率值(或当下测试设备能达到的最大值)，
并测试当下的+3.3V/+5V/+12V输出低频/高频涟波。涟波电压数值越小的，表示电源整体
输出电压品质越好
测试结果如下图：
https://i.imgur.com/EEK1WMk.jpg
★纯12V满载涟波
跟综合3.3V+5V+12V满载涟波不同之处，是3.3V/5V维持空载以排除3.3V/5V的DC-DC所产生
的影响，只把12V负载消耗到电源供应器规格标示的100%功率值(或接近值)，并测试当下
的+3.3V/+5V/+12V输出低频/高频涟波。涟波电压数值越小的，表示电源整体输出电压品
质越好
为何排除DC-DC的影响?因为DC-DC同样采交换式电路设计，除本身输出会产生交流成分杂
讯(涟波)外，电路交换过程中也会对输入端”注入”带有交流成分杂讯(涟波)，也就是会
有额外的杂讯被注入12V回路，所以采用DC-DC空载方式来降低其对12V输出涟波的影响，
以表现出12V功率级的涟波表现
测试结果如下图：
https://i.imgur.com/p84c8oP.jpg
★动态负载下各路电压变动最大幅度、维持时间
上面的测试主要是针对电源供应器的”静态负载”测试，也就是维持固定的电流消耗值，
并得知当下的各路电压以及转换效率。动态负载测试主要测试电源在固定升降斜率及周期
下进行输出电流高低升降变化时，对输出电压所产生的变化及对其他输出的影响，主要目
的是测试该电源输出暂态响应能力，用来模拟电脑元件实际使用中负载高低变动状况
当负载电流(如下图灰色线)在两个电流值间快速变动时，因为电源供应器反应速度不够快
，所以电压(如下图红色线)会出现瞬间往上/往下较大振幅的变动，所以会在最高/最低之
间产生较大的Vp-p峰值对峰值数值(如下图绿色箭头标记)，之後内部电路开始进行修正，
修正的时间为高峰维持时间(如下图蓝色箭头标记)，同样受到电源暂态响应速度影响，有
些情形下会在修正过程中产生连续上下振荡的现象
https://i.imgur.com/lhR0EoF.jpg
各路动态负载参数设定：
3.3V与5V：电流值2为15A，电流值1为5A，上升/下降斜率为1A/微秒，周期1/2时间为500
微秒
12V：电流值2为25A，电流值1为5A，上升/下降斜率为1A/微秒，周期1/2时间为500微秒
周期1/2为500微秒时会产生1kHz的动态电流，未来会计画加入其他频率的动态电流测试
测试结果如下图：
https://i.imgur.com/ikOSc3j.jpg
蓝色/紫色/绿色波型在上方黄色波型上升/下降交接处的摆荡幅度最小、摆荡次数越少、
摆荡时间越短者，表示该电源的暂态响应越好。另外因为目前电源设计大多采12V功率级
搭配DC-DC转换出3.3V/5V，所以当其中一路进行动态负载测试时，其他输出电压也同样会
受到其影响而产生变动
简单描述的小结论：
1.转换效率越高越好(表示电源於同样输出下越省电，废热产生越少)
2.内部高温点越少、温度越低越好(表示高温环境及长时间运作下，电源内元件耐久力较
长)
3.各路电压调整率/交叉调整率越低越好(表示输出电压稳定)
4.断电维持时间(Hold-up time)较长的，较不怕电灯闪一下的供电瞬断状况或UPS切换延
迟
5.从输入零电压通电直接全负载输出，电源供应器不应出现故障或其他异常(例如炸机)
6.各路低频/高频涟波越小越好(表示电源输出电压带有较少杂讯，品质佳)
7.动态负载下各路电压变动幅度越小、次数越少、时间越短越好(表示电源电路暂态响应
好)
以上的测试项目介绍，希望各位能更容易阅读在下的电源测试文章
报告完毕，谢谢收看
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3F：→ alexgame01 : 这篇对新手很友善 04/12 17:27
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30F：推 toppop : 其实放上一个标准，比如说琏波多少是很好 04/12 18:08
基本上INTEL的门槛就是50mV/50mV/120mV，只要低於这门槛就是通过
当然能越低是越好
31F：推 genelin : 好专业！ 04/12 18:09
32F：→ toppop : 某个元件温度多少在满载时温度多少以下是很优良 04/12 18:09
理想元件不存在，元件不可能不发热，所以当然最好条件是温度越接近室温越好
power本身内部半导体/变压器等大多可以承受一定温度，温度越低对元件越好
尤其是电容
33F：→ toppop : 诸如此类 04/12 18:09
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35F：推 wk415937 : 推狼大 04/12 18:19
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51F：推 miyager : 推推 04/12 20:23
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77F：→ spfy : 不然你的阅读指南还是hen复杂 04/13 07:52
(倒地)
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79F：推 STi : 推!! 04/13 10:00
80F：推 andy6805 : 推 04/13 17:24
81F：推 a1115903 : 推 好文 04/13 18:01
82F：推 dzshdavid : 果然是狼大推 04/13 22:47
83F：推 zx3017 : 太专业 04/14 04:59
84F：推 AF666356 : 太专业了！推！ 04/14 10:36
85F：推 rvd8164 : 推 04/14 12:57
86F：推 Windcws9Z : 再推 04/14 14:48
※ 编辑: wolflsi (114.40.156.162), 04/14/2019 15:37:04
※ 编辑: wolflsi (114.40.156.162), 04/14/2019 15:39:06
87F：推 EWIND1979 : 专业好文 04/14 20:41
88F：推 user1120 : 推 04/16 16:50
更新Part II，新增测试设备、部分测试增加/修改说明
※ 编辑: wolflsi (39.13.36.97 台湾), 07/02/2020 15:20:04