精確測量并改進(jìn)設備的低功率

　　全球的工程師和科學(xué)家正在為迎接能源保護的挑戰而努力，其中之一就是“一瓦倡議”行動(dòng)，該項工作極大地阻止了由于“電流吸血鬼”而造成的損失，它在全球數十億設備上浪費了大量能源。另外一項行動(dòng)是“能源之星”認證。其目標是促進(jìn)這些設備的效率優(yōu)于法律要求的指標。然而，工程師在修正設計問(wèn)題以改善效率之前，必須先采用一種方法來(lái)精確測量和描述問(wèn)題。由于能源保護是一項持續的戰斗，工程師和科學(xué)家們需要有不同的方法來(lái)處理變化的新需求。

　　一個(gè)很好的例子是插在墻上插座的交流電源適配器。這些用電設備外部的變壓器為數十億的設備提供從交流電源到直流電源的轉換。它們也同樣消耗功率，因而被稱(chēng)為“電流吸血鬼”，即使是與它們相連的設備被斷開(kāi)也同樣會(huì )吸收電流，這是因為變壓器本身的漏電流導致了持續的交流電流損耗。更大的設備通常使用內部的變壓器，但它們同樣具有在工作效率低和在待機模式下浪費能源的問(wèn)題。研究表明，家用電能的 10 ％被這樣浪費掉。

　　待機狀態(tài)功率測量案例考慮測量一種用于新型移動(dòng)電話(huà)的交流電源適配器待機性能的簡(jiǎn)單案例。測量吸收電流能量損耗的通常方法是簡(jiǎn)單地用數字萬(wàn)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，這一假設要求電路是阻性，并且功率輸入是純正弦曲線(xiàn)。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(shí)產(chǎn)生非常大的差異。

　　功率損耗的更精確描述可以通過(guò)測量設備的真實(shí)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(shí)功率的方法之一是使用兩臺同步的 PXI － 4071 FlexDMM 設備，每臺都具有采集電壓和電流波形速率高達 1 ． 8Ms ／ s 的能力，并提供標準 DMM 的讀數方式。

　　圖 1 是兩臺 FlexDMM 測量的電壓和電流波形圖，這個(gè)結果是按時(shí)間均分的對真實(shí)功率的測量。一臺設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(shí)功率是 1 ． 89W ，這好于其他設備，但非常明顯還沒(méi)有達到被稱(chēng)為“一瓦倡議”的性能指標。

　　精確進(jìn)行工作狀態(tài)下的測量．

　　我們考慮如何測量被測設備工作狀態(tài)效率的時(shí)候，就需要具有同時(shí)測量真實(shí)的交流輸入功率和直流輸出功率的能力。這種負載測試應該在不同輸出負載級別上分別進(jìn)行。通常，工程師可以通過(guò)使用一個(gè)簡(jiǎn)單的可變電阻負載來(lái)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(gè)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 SMlU 作為測量?jì)x器的 PXI 系統中，并提供固定的負載電流。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(shí)功率測量進(jìn)行比較來(lái)確定在不同負載級別下的轉換效率。為了得到更加詳細的特性。工程師可以在一定范圍內掃描 SMU 的吸入電流，如從空載到最大負載。

　　當然，功率的損耗不僅僅限于交流適配器。許多設備在不活動(dòng)狀態(tài)或關(guān)閉時(shí)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，如圖 2 所示，來(lái)測量設備在各種工作狀態(tài)下的功率消耗。在這種方案中，輸入交流電源被斷開(kāi)， PXI-4130 SMU 用來(lái)給被測設備提供直流電源。工程師可以設置被測設備的工作條件為活動(dòng)狀態(tài)、低功耗狀態(tài)和休眠狀態(tài)，并測量動(dòng)態(tài)電流和漏電流，分辨率低至納安級別。

　　對于更嚴格的低功耗測量，有些設備可以通過(guò)內部獨立電路的使能設置進(jìn)入到各種休眠狀態(tài)。通過(guò)持續監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(gè)單元有缺陷，并因此獲得該設備更詳細的性能分析結果。此外． PXI SMU 也可以給被測設備提供電源和測量該設備消耗的電流，附帶的數字接口模塊可以用來(lái)配置儀器進(jìn)入到合適的工作狀態(tài)?；?PXI 的解決方案具有提供易于同步多個(gè)高壓波形采集模塊的能力，同時(shí)，通過(guò)增加各種標準模塊儀器到系統中，又能滿(mǎn)足其他測試需求。例如，通過(guò)增加一個(gè) SMU ，就可以測量變壓器效率與負載關(guān)系，以及設備在不同工作狀態(tài)下的功率消耗。這套系統也可以用于評估移動(dòng)設備的音頻、視頻，或射頻功率，用來(lái)確定在不同使用模式下功率消耗與設備性能之間的關(guān)系。由于工程師可以從一個(gè)獨立的 PXI 控制器來(lái)控制系統中的所有儀器，所以他們就可以進(jìn)行自動(dòng)測量和分析，并以統一的編程環(huán)境，如 LabbVIEW 來(lái)顯示結果。