朱 浩

（朗訊科技光網(wǎng)絡(luò)有限公司，上海 200233）

0 引言

通信設(shè)備中大量使用DC/DC隔離和非隔離電源,高效率的通信電源除了能夠直接降低電信運(yùn)營(yíng)商規(guī)范的每端口最大功耗，而且還能夠顯著改善設(shè)備內(nèi)部的散熱狀況，進(jìn)而延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。因此，完成通信電源設(shè)計(jì)后，對(duì)其效率進(jìn)行實(shí)測(cè)驗(yàn)證顯得尤為重要。

在實(shí)際操作中，很多通信電源設(shè)計(jì)的輸出電壓低、輸出電流大，電路板尺寸、成本也有限制，電源輸出也無法和被供電電路完全分開，因此，電源效率很難運(yùn)用傳統(tǒng)的Vout*Iout/(Vin*Iin)方法及其各種延伸方法進(jìn)行測(cè)量。

本文介紹一種基于增量負(fù)載擾動(dòng)和最小二乘擬合的通信電源效率測(cè)量方法。該方法能夠克服前述的困難，并且能很容易地被應(yīng)用到通信電源規(guī)模生產(chǎn)的自動(dòng)化測(cè)試和ICT（In Circuit Test:在電路測(cè)試）測(cè)試中。

1 基于增量負(fù)載擾動(dòng)和最小二乘擬合的電源效率測(cè)量方法的原理

圖1是典型的通信電源[1-2]的“效率—輸出負(fù)載電流”曲線。按照曲線的變化率，可以把曲線分為3段：1）前段：欠載的電源工作在這一范圍，效率曲線趨于上升，電源過設(shè)計(jì)(Over Design)；2）中段：電源處在最佳動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍，效率趨于平坦；3）后段：過載的電源工作在這一范圍，效率趨于下降，電源欠設(shè)計(jì)(Under Design)。好的通信電源設(shè)計(jì)，會(huì)把電源的負(fù)載動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整到中段，這是下面將要討論方法的前提約束條件。

電源的輸入功率為Pin時(shí)，效率η是輸入或輸出功率的函數(shù)，輸出功率為Pout，其中Pin可以直接測(cè)得，Pout未知，因此可以把電源系統(tǒng)看作效率η待定的黑盒子：

圖1 典型的通信電源的“效率-輸出負(fù)載電流”曲線

不妨可以對(duì)電源系統(tǒng)施加增量負(fù)載擾動(dòng)p_out（p_out=Vout×ΔIout的大小由測(cè)試設(shè)備的最小精度決定），可以重新測(cè)得輸入功率為Pin'，使得：

電源工作在中段，有如下的前提約束條件：

聯(lián)立公式（2）和（3），令p_in=Pin'-Pin：

電源的實(shí)際“效率—輸出負(fù)載電流”曲線局部往往呈現(xiàn)非單調(diào)性，進(jìn)而造成通過公式（4）計(jì)算出的某些η會(huì)大于1。為減小這些奇異點(diǎn)對(duì)結(jié)果的影響，可以采用逐步遞增地施加N次增量負(fù)載擾動(dòng)p_out1...p_outN，同時(shí)可以測(cè)得N個(gè)Pin1…PinN和 N個(gè)p_in1…p_inN。對(duì)p_out1...p_outN和p_in1…p_inN分別進(jìn)行最小二乘擬合[3-4]（一般取一階或二階擬合；高階曲線擬合時(shí)，數(shù)據(jù)點(diǎn)之間容易出現(xiàn)大的波紋[5]），得到擬合后的p_out1”...p_outN”，p_in1”…p_inN”和 η1”… ηN”（以二階擬合為例）：

最后用η1”… ηN”的平均來進(jìn)一步濾除波動(dòng)：

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

圖2（上）是某自行設(shè)計(jì)的有源鉗位正激-48V/+2.5V通信電源電路的實(shí)際效率和采用本文方法得到的效率的比較。圖2（下）列出了本文方法的相對(duì)（實(shí)際效率的）誤差，控制在±5%之間的相對(duì)誤差，在實(shí)際工程應(yīng)用中可以接受。

2.1 施加增量負(fù)載擾動(dòng)的方法

電子負(fù)載并接在待測(cè)通信電源的輸出，又有p_out=Vout×ΔIout，因此只要微量（大小由測(cè)試設(shè)備的最小精度決定）增加電子負(fù)載的輸出電流即可。

圖2 本文方法測(cè)得某有源鉗位正激-48 V/+2.5 V通信電源電路效率和實(shí)際效率的比較（上）和用本文方法測(cè)得效率的相對(duì)誤差（下）——N=20；二階擬合。

2.2 對(duì)欠載和過載的定性分析

圖2（上）中可以看到?jīng)]有經(jīng)過最小二乘擬合的“效率—輸出負(fù)載電流”曲線。對(duì)該曲線的前段部分濾除直流成分后，發(fā)現(xiàn)這部分曲線的“過零”率（相對(duì)中段和后段）很高；而該曲線的后段部分，有明顯的下降型奇異點(diǎn)。雖然本文方法無法比較精確地測(cè)得前段和后段處的效率，但是可以通過這些判斷，定性地分析出電源是否處于欠載（前段）或過載（后段）狀態(tài)。

2.3 N的選擇

N選擇太小，將無法減小奇異點(diǎn)對(duì)結(jié)果的影響；N選擇太大，容易使電源超出中段的工作范圍。可以結(jié)合沒有經(jīng)過最小二乘擬合的“效率—輸出負(fù)載電流”曲線上奇異點(diǎn)的形態(tài)分布，進(jìn)行試探性選擇。

2.4 在自動(dòng)化測(cè)試和ICT測(cè)試中的應(yīng)用

在通信產(chǎn)品的產(chǎn)線上，自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)（如用LabVIEW開發(fā)的環(huán)境[6-9]）可以通過控制總線，很方便地實(shí)施增量負(fù)載擾動(dòng)，并自動(dòng)采集N組p_out和p_in，隨后由計(jì)算機(jī)擬合出結(jié)果，最后通過判斷結(jié)果對(duì)成品進(jìn)行檢測(cè)和篩選。在ICT測(cè)試中，也可以實(shí)施類似的應(yīng)用，前提是電路板上的電源輸出必須預(yù)布上ICT的測(cè)試焊盤（ICT Test Via），用以通過ICT測(cè)試夾具（ICT Fixture）聯(lián)接電子負(fù)載。

3 結(jié)論

為克服傳統(tǒng)的電源效率測(cè)試方法Vout*Iout/(Vin*Iin)在實(shí)際操作中的困難,提出了一種基于增量負(fù)載擾動(dòng)和最小二乘擬合的通信電源效率測(cè)量方法，可以對(duì)工作在“效率—輸出負(fù)載電流”曲線中段的通信電源的效率進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)可以定性地判斷通信電源是否工作在欠載或過載狀態(tài)。這一方法也可以很容易地被應(yīng)用到通信電源規(guī)模生產(chǎn)的自動(dòng)化測(cè)試和ICT測(cè)試中，因此是一種實(shí)用的新型通信電源效率測(cè)量方法。

[1]Technical Specification PQ60033EKx15[EB/OL]. http://www.synqor.com/Datasheets/PQ60033EKx15_Datasheet.pdf, June 29th, 2009.

[2]Datasheet xRSB-30T[EB/OL]. http://belfuse.com/pdfs/xRSB-30T_DS_B_040910.pdf,April 9th, 2010.

[3]李渝曾,婁愛華,何正偉.計(jì)算方法[M].上海:上海高機(jī)書店,1987:43-47.

[4]徐萃薇.計(jì)算方法引論[M].北京:高等教育出版社,1985:54-59.

[5]李人厚,張平安.精通MATLAB--綜合輔導(dǎo)與指南[M].西安:西安交通大學(xué)出版社:112-115.

[6]基于LabVIEW的模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)開發(fā)[EB/OL]. http://www.test169.com/article/show.php?itemid=271, 2008-1-2.

[7]LabVIEW技術(shù)入門之一[EB/OL]. http:///www.test169.com/article/show.php?itemid=90,2007-7-26.

[8]LabVIEW技術(shù)入門之二[EB/OL]. http:///www.test169.com/article/show.php?itemid=120,2007-8-3.

[9]LabVIEW中的I/O接口設(shè)備驅(qū)動(dòng)[EB/OL].http:///www.test169.com/article/show.php?itemid=209, 2007-11-1.