效率是電源測(cè)試中十分常見的測(cè)試項(xiàng)，高效的電源表現(xiàn)是眾多廠家一直追求的目標(biāo)。在芯片的規(guī)格書中，一般會(huì)提供幾種常見輸入輸出應(yīng)用下的效率曲線。當(dāng)我們實(shí)際的應(yīng)用范圍與規(guī)格書上不同，或者在demo板的基礎(chǔ)上我們進(jìn)行了其他改動(dòng)時(shí)，就需要重新進(jìn)行效率測(cè)試。本文就來講一講如何進(jìn)行效率測(cè)試以及一些注意事項(xiàng)。歡迎指正與補(bǔ)充。

1. 測(cè)量值

根據(jù)效率的計(jì)算公式可知

在測(cè)效率時(shí)，需要測(cè)得Vin、Vout、Iin、Iout這四個(gè)值（或者Pout和Pin），進(jìn)行計(jì)算，即可得到最終結(jié)果。

2. 四表法

最常見的效率測(cè)量方式是四表法，即用四個(gè)萬用表來測(cè)得以上四各參數(shù)。常見的萬用表都是同時(shí)具有電流檔和電壓檔的。

連接示意圖如下：

tips：

- 使用電流檔時(shí)，需將萬用表串聯(lián)在電路中，注意電流流向；使用電壓檔時(shí)，則是并聯(lián)，注意正負(fù)極。

- 使用電流檔時(shí)，一開始要用安培檔，若是顯示位數(shù)不夠精確時(shí)，再更換至毫安檔進(jìn)行測(cè)試。用毫安檔進(jìn)行測(cè)試的情況下，調(diào)高負(fù)載電流時(shí)，要注意是否超過毫安檔量程（一般在400mA）。若是不小心超過量程，會(huì)導(dǎo)致萬用表內(nèi)保險(xiǎn)絲燒毀，更換保險(xiǎn)絲后，才能繼續(xù)使用毫安檔進(jìn)行測(cè)試。

- 兩個(gè)電壓表都接在板端，且連接線盡量短。不要接在電源端和負(fù)載端去讀取數(shù)據(jù)，這樣會(huì)較多地計(jì)入連接線上的產(chǎn)生的損耗，影響測(cè)試結(jié)果。

- 若想用電子負(fù)載直接讀取輸出部分的數(shù)據(jù)，可以用圓環(huán)連接線，圓環(huán)端直接焊在demo板上，另一端連接至電子負(fù)載。這樣測(cè)試產(chǎn)生的損耗比直接用夾子連接產(chǎn)生的少。但一般還是會(huì)比用萬用表測(cè)得的效率低些。

- 若是遇到超過萬用表量程的情況，可以用電子負(fù)載讀數(shù)，也可以用量程范圍較大的功率計(jì)直接測(cè)量輸出功率。

3. 測(cè)試步驟

以簡(jiǎn)單的BUCK電路為例，效率測(cè)試的步驟大致如下：

（1）確定需要測(cè)試的條件：輸入輸出電壓以及輸出電流。在輕載電流部分，需要多取幾個(gè)點(diǎn)；重載部分，取點(diǎn)間隔可以稍大。例如，Iout=0-6A，測(cè)試點(diǎn)可取：0A, 0.1A, 0.3A, 0.5A, 0.8A, 1A, 1.5A, 2A, 2.5A, 3A, 3.5A, 4A, 4.5A, 5A, 5.5A, 6A。

（2）確認(rèn)測(cè)試板在測(cè)試條件下工作正常，輸入輸出電壓正確，觀察SW波形，在輕載和重載時(shí)SW波形都正常，無嘯叫和異常發(fā)熱。

（3）斷電，按照上述示意圖，將四個(gè)萬用表接入電路，電流表置于安培檔位。連接完成后，重新上電。

（4）上電后，即可按照測(cè)試條件，慢慢調(diào)整負(fù)載電流，需要等萬用表上數(shù)值穩(wěn)定后，再記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。輸入電壓可能會(huì)隨著負(fù)載電流的上升有所下降，低于測(cè)試條件。此時(shí)，需要適當(dāng)抬高輸入電壓，盡量保持測(cè)試輸入電壓的萬用表上的數(shù)據(jù)與測(cè)試條件一致。

4. 報(bào)告形式

除了將測(cè)試到的Vin Vout Iin Iout 填入表格，得到相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果。為了更直觀地表現(xiàn)結(jié)果并與其他芯片做對(duì)比，一般會(huì)畫出效率曲線。

如下圖，是MP4581在Vin=24V/36V/48V, Vout=12V, Iout=1mA-800mA情況下測(cè)得的效率結(jié)果：

一般DCDC電源的效率在輕載時(shí)較低，最高效率點(diǎn)出現(xiàn)在較重載的時(shí)候。效率曲線較為平滑，如果畫出的效率曲線出現(xiàn)突然上沖或者下落的點(diǎn)，可以重新測(cè)試那一點(diǎn)的效率，確認(rèn)數(shù)據(jù)的正確性。

效率測(cè)試得到的結(jié)果有時(shí)并不盡如人意，當(dāng)效率沒有達(dá)到預(yù)期值時(shí)，可以用哪些方法來進(jìn)行優(yōu)化呢？此處列出以下幾種，以供參考，也歡迎補(bǔ)充和指正。

1. 更換器件

在基礎(chǔ)的DCDC電路中（此處依舊以BUCK 電路為例），有不少器件上都會(huì)產(chǎn)生損耗，從而影響效率：

a. 電感DCR ：指的是電感的直流電阻（即線圈的電阻），可將其與普通電阻一樣視為耗能元件，在流過電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生損耗。故選擇DCR更小的電感，可以達(dá)到減小損耗，提升效率的效果。

b. 電容ESR ：由于所有的器件都不是理想元件，實(shí)際的電容都具有寄生參數(shù)ESR（等效串聯(lián)電阻）。當(dāng)電流流過，ESR越大，則電阻損耗的功率越大，不僅會(huì)對(duì)效率有影響，還會(huì)影響電容壽命。故降低電容ESR也可以達(dá)到提高效率的效果。也可以采用多個(gè)電容并聯(lián)的方式來降低ESR。

c. MOSFET ：目前常用的同步DCDC變換器中，都有MOSFET的存在。Rdson指的是晶體管的導(dǎo)通阻抗（可在器件規(guī)格書上找到），這一規(guī)格直接決定了MOSFET的功率效率。小的Rdson 值有利于減小器件導(dǎo)通期間產(chǎn)生的損耗。

除了導(dǎo)通損耗，會(huì)影響效率的還有器件的開關(guān)損耗。開關(guān)損耗的產(chǎn)生來自于器件開關(guān)瞬間，其電流與電壓曲線的交疊面積（如下圖）。故提高M(jìn)OS管的開關(guān)速度和驅(qū)動(dòng)速度也能提高效率。

如今，由于對(duì)高集成度的追求，很多的電源芯片都將開關(guān)管集成在了芯片內(nèi)部，此時(shí)就不存在對(duì)MOS管單獨(dú)選型的問題，而是對(duì)電源芯片的直接選擇。

2. 降頻

開關(guān)損耗的降低，不僅可以通過提高開關(guān)管的速度，也可以通過降頻來達(dá)到。輕載時(shí)，開關(guān)損耗幾乎不變，由于輸出功率較低，所以效率下降很多。

電源輸出輕載電流時(shí)，工作在PFM（pulse-frequency modulation）模式；在輸出重載時(shí)，工作在PWM（pulse-width modulation）模式。

審核編輯：湯梓紅