深圳市维立信电子科技有限公司
地址：深圳市福田区红荔路第一世界广场A座8D-E
咨询电话：0755-83766766
E-mail：info@welissom.com

如何用网络分析仪测量双向直流电源的效率？

2025-12-03 09:36:15 点击：

使用网络分析仪测量双向直流电源的效率需结合其频率响应分析功能与功率测量模块，通过动态加载或稳态功率对比间接计算效率。由于网络分析仪（如Keysight E5061B、R&S ZNL）通常设计用于射频（RF）或中频（IF）信号分析，直接测量直流效率需特殊配置或辅助设备。以下是详细方法及关键步骤：

电源效率（ $η$ ）定义为输出功率（ $P^{out}$ ）与输入功率（ $P^{in}$ ）的比值：

η = \frac{P ^{out}}{P ^{in}} \times 100%

对于双向直流电源，需分别测量：

网络分析仪可通过以下方式参与测量：

推荐方法：若网络分析仪支持直流功率测量，直接使用其功率探头；否则需结合外部功率计或示波器。

校准功率探头：
- 按探头说明书进行零点校准和功率校准（如使用50Ω负载和标准功率源）。
设置网络分析仪：
- 选择功率测量模式（如Power Meter或DC Power）。
- 设置量程覆盖电源的最大输入/输出功率（如输入48V/10A，输出12V/20A）。
测量功率：
- 启动电子负载，设置不同输出电流（如 $I^{out} = 1 A, 5 A, 10 A$ ）。
- 记录网络分析仪显示的输入功率（ $P^{in}$ ）和输出功率（ $P^{out}$ ）。
计算效率：
- 对每组数据计算效率：

η = \frac{P ^{out}}{P ^{in}} \times 100%

若网络分析仪不支持直流功率测量，需结合外部功率计（如Keysight N6705C）或高精度万用表（如Fluke 8846A）。

P^{in} = V^{in} \times I^{in}

P^{o u t} = V^{o u t} \times I^{o u t}

若需分析电源的动态效率（如开关频率对效率的影响），可：

功率探头选型：
- 确保探头量程覆盖电源的最大功率（如输入48V/10A需探头支持>480W）。
- 探头带宽需高于电源开关频率（如100kHz~1MHz），以避免高频信号衰减。
同步测量：
- 输入/输出功率需同时测量，避免因电源动态响应导致时间差误差。
- 若使用独立设备，需用触发信号同步（如通过GPIB或LAN控制）。
负载稳定性：
- 电子负载需设置足够短的响应时间（如<1ms），以匹配电源的动态特性。
- 避免负载突变导致电源过压/过流保护。
安全操作：
- 双向直流电源可能输出高压（如400V），测试时需佩戴绝缘手套，使用高压探头。
- 确保功率探头和负载的功率额定值足够，避免烧毁。
校准与误差补偿：
- 定期校准功率探头和万用表，消除零点漂移和线性度误差。
- 考虑导线电阻和接触电阻对功率测量的影响（如输出端导线电阻会导致 $P^{out}$ 测量偏低）。

使用网络分析仪+功率探头：
- 输入端：R&S NZ-5030探头测量 $P^{in} = 48 V \times 8 A = 384 W$ 。
- 输出端：同一探头测量 $P^{out} = 12 V \times 20 A = 240 W$ 。
- 效率：

η = \frac{240}{384} \times 100% = 62.5%

使用外部功率计：
- 输入端：Keysight N6705C测量 $V^{in} = 48.1 V$ ， $I^{in} = 7.9 A$ ， $P^{in} = 379.99 W$ 。
- 输出端：Fluke 8846A测量 $V^{out} = 11.95 V$ ， $I^{out} = 20.1 A$ ， $P^{out} = 240.195 W$ 。
- 效率：

η = \frac{240.195}{379.99} \times 100% \approx 63.2%

若网络分析仪无法满足需求，建议使用以下专用设备：

功率分析仪：
- 如Yokogawa WT3000，可同时测量多路电压、电流和功率，直接计算效率。
- 优势：高精度（0.01%读数+0.02%量程），支持谐波分析。
电子负载+示波器：
- 用电子负载调整输出功率，示波器测量输入/输出电压和电流（需电流探头）。
- 通过数学运算计算效率（如示波器的Math功能）。
专用电源测试系统：
- 如Chroma 8000系列，集成电源供应、电子负载和功率分析功能，自动化测试效率曲线。