何謂待機功率?

待機功率是指電子設備在關閉時或處於待機模式時消耗的電能。美國勞倫斯柏克萊國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory,LBNL) 將待機功率定義為「待機功率是電氣設備處於最低功率模式下所使用的功率」。

電視機和微波爐等設備在待機狀態下為使用者提供了遙控和數位時鐘功能,而其他設備如筆記型電腦、平板電腦和手機的電源轉換器在待機模式下亦會消耗功率,但不會提供任何看得見的功能。這些裝置及許多其他設備皆會使用待機功率。

待機功率有何重要意義?

家電的待機功率一般非常微小,但將家中所有家電設備一起計算時,所消耗的總功率即會變得很大。待機功率是構成住家、辦公室和工廠穩定上升的各種電氣負載的成因之一,其中還包括小家電、保全系統及其他小型耗電設備。

例如,一般微波爐的數位時鐘所消耗的電力超過加熱食物時所消耗的電力。儘管加熱食物要求功率是運作時鐘的100倍以上,但大多數的微波爐在大多數時間皆處於空閒狀態,也就是「待機」模式。

電子設備的待機功率一般為1W或2W,而運算設備的待機功率將會更低。儘管顯示器、指示燈、遙控器等功能所需的功率相對較低,但這些設備會一直連接著電源,而且在一般住家中此類設備的數量意味著其能耗可能會達到所有家電耗電量的22%,將佔整個家庭耗電量的5%~10%。

待機功率帶來的成本

  • 個人成本 (美國每個家庭每年大約100美元)
  • 浪費發電設施和電力傳送設施。
  • 政治代價,如影響能源進口所帶來的能源安全問題 (請參閱U.S.EISA.2007 能源獨立和安全法規,要求聯邦採購中要使待機功率達到最小)。
  • 全球代價 (估計1%的二氧化碳排放量是由待機功率引起)。

目前已有許多方案來降低待機功率,包括能源之星及歐盟節能指令。這些方案的範圍持續擴大,相容性必需的待機功率位準(以瓦為單位) 正在穩步下降。例如,歐盟(EC)五星級移動設備充電器要求消耗的待機功率低於30mW。

如何量測待機功率?

量測要求

待機功率使用適當的功率計或電源分析儀量測。遺憾的是,您通常無法簡單地使用瓦特衡量功率,在量測時應注意下述事項

  • 功率低,電流低。
  • 波形高度失真,因為在低負載工作的電源通常會吸收非常高的波峰因數電流。
  • 低功率因數,因為電流主要是電容電流,經過電源EMC濾波器。
  • 電源處於高負載模式時,將會不規則地吸收功率,而不是連續吸收功率。

量測低功率和低電流

電源分析儀必須擁有量測電流使用的適當刻度。一般來說,低於電流刻度5%的量測將不可靠。

例如:量測100mW,230V,功率因數為1。 Watts=Volts×Amps×PF

因此Amps=Watts/(Volts×PF)=0.1/(230×1)=0.4mA

電源分析儀應在2mA或更低的刻度上運行。

高波峰因數波形

在低負載時,電流通常失真最多。只有在電壓峰值時才會吸收電流,以便為電源的儲存電容器充電,波形為短脈衝型態。在波峰因數大於3 (可能最高為10) 時,電源分析儀量測不能出現降幅或準確度下降。

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圖1:波峰因數

低功率因數

在待機狀態下,輸入電流可能主要是由位於輸入整流之間濾波使用的大電容器決定。在這種情況下,電流會出現相為偏移,高達90 度。在這個領域,並不是所有電源分析儀都能準確地執行量測。

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圖2:電流相移導致功率因數偏低

脈衝模式操作

在沒有負載或低負載下運行時,電源自己的控制電路和電源電路仍將運行,以保持穩定的輸出電壓。這種控制能力可能會超過所需的待機功率,因此許多電源會切換到脈衝模式。

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圖3:待機測試運行

在這種模式下,電源內部的電源開關裝置會停止運行,完全由輸出平滑電容器來保持輸出電壓。在輸出電壓下降到預定位準時,電源開關再次啟動,以充滿輸出電容器。

在這種模式下,以脈衝方式從交流線路中吸收電流。電流脈衝並不規則,時間長度和大小會變化。此外,待測產品吸收的功率可能會由於溫度或進一步節能功能而有所變化。

為在這種情況下量測功率,電源分析儀必須連續對功率取樣,以便不會漏掉任何功率。在足夠長的時間週期內平均功率,以提供穩定的結果。

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圖4:正常模式下功率量測連接

進行連接

電源分析儀將同時取樣電壓波形和電流波形以計算功率。連接應安全穩固。

  • 透過並聯電壓終端來量測電壓。

  • 透過串聯電流終端來量測電流。一般而言,要求一個直接連接的電阻電流分流器 (而非電流變壓器),以進行合理的量測。

  • 對待機功率量測,應在待測電路的源極側或供電側進行電壓連接。

  • 在正常功率量測過程中,電源分析儀的電壓計電路中的電流和功率遠遠低於電流分流器。

  • 對待機功率量測,電壓計電路中的電流和功率可能會很大,電流分流器的電流和功率可能會很小。因此,為量測待機功率,電壓要連接到電流分流器與待測物的兩側。

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圖5:量測待機功率的連接

進行基本量測

設定電源分析儀量測功率,應滿足下述條件:

  • 連續取樣。

  • 以快於每秒一次的速度記錄功率。

  • 在可選擇的時間內進行平均。

使用Tektronix PA1000或PA3000的實例

  1. 連接分析儀,如上圖所示 (使用1A分流器輸入,以實現最佳準確度)。

  2. 重設預設值 (Menu > User Configuration>Load Default Configuration)

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

  4. 選擇待機模式 (Menu > Modes > Select Mode > Standby)

結語

測試量測為LED產業的迅速發展和商業應用提供了強大的動力與保障支援,Tektronix LED量測方案涵蓋了LED驅動測試、LED驅動電源、待機功率與功耗、LED EMI測試與診斷、諧波測試、切換損耗、LED照度/燈珠IV特性等等。

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