未来产品设计之秘钥待机功率

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一、什么是待机功率？

待机功率是指电子设备在关闭时或处于待机模式时消耗的电能。劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)把待机功率定义为“待机功率是电气设备处于最低功率模式下使用的功率”。电视机和微波炉等设备在待机状态下为用户提供了遥控和数字时钟功能，其它设备如笔记本电脑、平板电脑和手机的电源转换器在待机模式下会消耗功率，而不会提供任何看得见的功能。这些设备及许多其它设备都要使用待机功率。

二、待机功率有什么重要意义？

家电的待机功率一般非常小，但家里所有这些设备在一起，消耗的总功率就会变得很大。待机功率构成家庭办公室和工厂稳定上升的各种电气负载的部分，其中还包括小家电、保安系统及其它小型耗电设备。例如，普通微波炉为数字时钟所消耗的电力超过加热食物时所消耗的电力。尽管加热食物要求功率是运行时钟的100多倍，但大多数微波炉在以上的时间处于空闲状态，也就是“待机”模式。电的待机功率一般为1W或2W，计算设备的待机要更低。尽管显示器、指示灯、遥控等功能所需的率相对较小，但这些设备一直插在电上，而且普通庭中此类设备的数量意味着其能耗会达到所有家耗的22%，占到整个家庭耗电量的5%-10%。待机功率的成本：

个人成本(美国每个家庭每年大约100美元）
浪费发电设施和电力传送设施。
政治代价，如影响能源进口所带来的能源安全问题。(参见U.S.EISA.2007 能源独立和安全法规，要求联邦采购中要使待机功率达到最小）。
全球代价(估计1%的二氧化碳排放量是由待机功率引起的)。

目前已有许多方案来降低待机功率，包括能源之星及欧盟节能指令。这些方案的范围持续扩大，合规必需的待机功率水平(以瓦为单位)正在稳步下降。例如，欧盟(EC)五星级移动设备充电器要求消耗的待机功率低于30mW。

主要应用领域

在绿色节能意识的推动下，节约能源已成为广大电子产品设计人员和消费者的共识。

1.高亮度LED在光输出、能效及成本方面的全面改善，以及具备小巧、低压工作及环保等众多优势，使之应用范围也在不断拓宽。随着照明行业越来越高的要求，广大技术开发者面对LED的低功耗测试、提高测试精度等棘手问题都遇到了瓶颈。

2. 家电的待机功率一般非常小，但家里所有这些设备在一起，消耗的总功率就会变得很大。为提高自身产品的竞争优势，家电产品设计过程中也不得不将待机功耗作为重点的测量指标。

3.可穿戴设备已经成为流行趋势，体积小，易携带等都要求，产品依靠电池供电并带有无线通信功能，向手机/PC/云端提供医疗监测数据。希望工作时间尽可能长，减少更换电池/充电的频率，待机功耗成为了检验可穿戴设备能否上市的重要指标。

三、怎么测量待机功率？

测量要求

待机功率使用适当的功率表或功率分析仪测量。遗憾的是，通常并不能简单地用瓦特衡量功率，在测量时应注意下述事项。

待机功率测量挑战

功率低，电流低。
波失高度失真，因为在低负载工作的电源通常会吸收非常高的波峰因数电流。
低功率因数，因为电流主要是电容电流，经过电源EMC滤波器。
电源处于突发模式时，会不规则地吸收功率，而不是连续吸收功率。

测量低功率和低电流

功率分析仪必须拥有测量电流使用的适当量程。一般来说，低于电流量程5%的测量将不可靠。

例：测量100mW，230V，功率因数为1。 Watts=Volts×Amps×PF

因此

Amps=Watts/(Volts×PF)

=0.1/(230×1)=0.4mA

功率分析仪应在2mA或更低的量程上运行。

高波峰因数波形

在低负载时，电流通常失真最多。只有在电压峰值时才会吸收电流，以便为电源的存储电容器充电，表现为短脉冲。在波峰因数大于3，可能最高为10时，功率分析仪测量不能出现削幅或精度下降。

波峰因数= 峰值/RMS值

图1：波峰因数

低功率因数

在待机状态下，输入电流可能主要是EMC滤波使用的电容器中的电流，特别是位于工频和零线之间的X2级电容器。

在这种情况下，电流被相移最多90 度。在这个领域，并不是所有功率分析仪都能准确地执行测量。

图2：电流相移

突发模式操作

在没有负载或低负载下运行时，电源自己的控制电路和电源电路仍将运行，以保持稳定的输出电压。这种控制能力可能会超过所需的待机功率，因此许多电源

会切换到突发模式。

图3：待机测试运行

在这种模式下，电源内部的电源开关装置会停止运行，完全由输出平滑电容器来保持输出电压。在输出电压下降到预定水平时，电源开关再次启动，以充满输出电容器。

在这种模式下，以突发方式从AC线路中吸收电流。电流突发是不规则的，时间长度和大小会变化。

此外，被测产品吸收的功率可能会由于温度或进一步节能功能而变化。

为在这种情况下测量功率，功率分析仪必须：

连续对功率采样，以便不会漏掉任何功率。
在足够长的时间周期内平均功率，以提供稳定的结果。

图4. 正常模式下功率测量连接。

进行连接

功率分析仪将同时采样电压波形和电流波形，以计算功率。连接应安全稳固。
通过并连电压端子，来测量电压。
通过串联电流端子，来测量电流。一般来说，要求一个直接连接的电阻电流分流器(而不是电流变压器)，以实现合理的测量。
对待机功率测量，应在电路的源侧或供电侧进行电压连接。
在正常功率测量过程中，功率分析仪的电压表电路中的电流和功率远远低于电流分流器。
对待机功率测量，电压表电路中的电流和功率可能会很大，电流分流器的电流和功率可能会很小。因此，为测量待机功率，电压要连接到电流分流器的供电一侧。

图5. 测量待机功率的连接。

进行基本测量

设置功率分析仪测量功率，应满足下述条件：

连续采样
以快于每秒一次的速度记录功率
在可以选择的时间内进行平均

使用泰克PA1000或PA3000的实例

1.连接分析仪，如上图所示。(使用1A分流器输入，以实现最佳精度)。

2.复位默认值。(Menu > User Configuration>Load Default Configuration)

3.选择1A分流器。(Menu > Inputs > Shunt > 1A)

4.选择待机模式。 (Menu > Modes > Select Mode > Standby)

结语：泰克拥有完善的功耗测试解决方案，包括LED驱动测试、家电能耗测试、可穿戴设备的功耗测试等。我们将发送精心挑选的技术干货“未来产品设计之秘钥”专题系列，您若觉得不过瘾，欢迎联系我们索取更多详细资料；您若有进一步需要，也请您告诉我们。

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