电子设计基础——电源的各项指标及测量方法

1.直流电源指标

（1）电压调整率S_u

负载不变，输入电压变化时输出电压相对变化量。

即：

其中，U₀₁为输入电压变化时最大输出电压，U₀₂为最小输出电压值，U₀为额定输出电压。

（2）负载调整率S_l

负载调整率也称为电流调整率。表示在输入电压不变的情况下，在一定范围内改变负载时，输出电压的最大相对变化量。
即：

其中，U₀₂为空载（或轻载）时输出电压，U₀₁为满载（或重载）时输出电压，U₀为额定负载时输出电压。

（3）纹波电压（电流）的指标形式

最大纹波电压（电流）：在额定输出电压和负载电流下，输出电压（电流）的纹波（包括噪声）峰~ 峰值大小，通常以峰~ 峰值大ΔV_P-P（ΔI_P-P）或有效值ΔV_rms（ΔI_rms）表示。

纹波系数γ：在额定负载电流下，输出纹波电压的有效值与输出直流电压之比。
即：

（4）效率η

输出的有功功率P₀与输入的有功功率P_l的百分比。
即：

其中，U₀为输出电压，I₀为输出电流，U_l为输入电压，I_l为输入电流。

2.交流电源指标

（1）电压调整率S_u

负载不变，输入电压变化时输出电压相对变化量。

即：

其中，U₀₁为输入电压最大时的输出电压有效值，U₀₂为输入电压最小时的输出电压有效值，U₀为额定输出电压有效值。

（2）负载调整率S_l

负载调整率也称为电流调整率。表示在输入电压不变的情况下，在一定范围内改变负载时，输出电压有效值的最大相对变化量。
即：

其中，U₀₂为空载（或轻载）时输出电压有效值，U₀₁为满载（或重载）时输出电压有效值，U₀为额定负载时输出电压有效值。

（3）效率η

输出的有功功率P₀与输入的有功功率P_l的百分比。
即：

其中，U₀为输出电压有效值，I₀为输出电流有效值，U_l为输入电压有效值，I_l为输入电流有效值。如果有相位差的时候要乘上一个cos值。

（4）有功功率P

将电能转换为其他形式能量（如机械能、光能、热能等）的电功率，单位为瓦特（W）。有功功率用一个周期内瞬时功率的积分的平均值来计算。

对于交流电，

其中，u(t)、i(t)分别为瞬时电压、电流，T为周期。

对于正弦交流电，

其中，U、I分别为电压、电流有效值，φ为电压、电流相位差。

（5）无功功率Q

电路中为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率，单位为乏（Var）。

无功功率不对外做功，也不能转化为机械能、热能，而是转变为其他形式的能量，用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场。

无功功率是交流电路中由于电抗性元件（指纯电感或纯电容）的存在，而进行可逆性转换的那部分电功率。

（6）视在功率S

视在功率是有功功率和无功功率的向量和，也可以用电压和电流有效值的乘积来表示，单位为 伏安（VA）或千伏安（kVA）。

视在功率表明了用电器从电源（电网）获取的总功率，但并不代表用电器真正消耗的功率。

它代表了一种能量之间的交换关系，也是衡量用电器最大负荷承受能力的指标之一。

（7）功率因数PF

功率因数定义为有功功率P与视在功率S的比值，在正弦交流电中可等效为电压与电流相位差的余弦值。

功率因数计算公式：
其中，φ表示u(t)和i(t)的相位差，也称功率因数角；γ表示基波因数，定义为基波有效值（均方根值）与真有效值（均方根值）的比值，对于纯正弦交流信号，γ=1。

（8）谐波失真THD

THD有两个常用的定义。

在IEC 6100-4-7中，THD定义为指定次全部谐波分量均方根值与基波分量均方根值之比。

公式分别用来计算电压和电流的THD：
THD的另外一个定义是指定次（N）全部谐波分量 均方根值与总均方根值之比。

总RMS值包括基波和其他谐波的作用。

公式分别用来计算电压和电流的THD：

3.指标测量

（1）电压调整率S_u测量

（2）负载调整率S_l测量

测量负载调整率时，通常规定输出电流要求。

因此，需要在输出端串接电流表。

如上图所示，左图中电压表接法正确，而右图中电压表接法错误。

（3）失真度THD测量

失真度的测量可以借助失真度仪。

但是，若题目要求输出THD，则可以选用一下的方法：
方法一、对输出信号采样，做FFT。计算出基波和各次谐波分量。
方法二、滤出基波，利用有效值转换。测出原波形的有效值和基波的有效值，根据定义，使用下面的公式计算THD。

（4）效率η测量

在输入和输出端同时接上电压和电流表。

因为最小个位或两位总在变化，所以要用手机拍下照片，才能看清同一时刻的电压和电流。