使用数字万用表简化直流功率测量

使用数字万用表简化直流功率测量

测试挑战：

• 使用一台数字万用表测量直流电压和电流
• 使用数字万用表测量功率

概述

大部分工程师都有测量功率的需求。实际上，功率测量通常能够告诉您关于您所测试目标的大部分信息。多年以来，数字万用表一直都是测量功率的“重要”解决方案。虽然数字万用表可同时测量电流和电压，但受其内部体系结构的影响，其测量精度不是特别高。但是，如果配合使用其他一些测量方法及合适的设备，那么就能使用台式数字万用表进行精确的 V/I（电压/电流）测量。随后，您可以根据这些测量值计算直流功率。本应用简介介绍了几种切实有效的方法，能够帮助您显著简化直流功率测量。

您面临的挑战：使用一台数字万用表测量直流电压和电流

您的任务是测量蓝牙® 音箱（通常使用电池供电）的功耗。音箱的工作电压为 19.2 V，电流消耗从几百微安到几安不等。您想要让电压保持稳定，并同时监测电流，从而得到功耗（W）结果。Truevolt系列数字万用表内置了电流测量结果换算定标功能。借助这个简单的功能，您用已知电压乘以测得的电流值，便可得出功率（W）读数。Truevolt 系列数字万用表提供了多种显示功能和低电流量程，因此您只需一台数字万用表即可测量功率。

您面临的挑战：使用数字万用表测量功率

您有一个低功率的直流－直流转换器，需要同时监测电压和电流消耗以了解其效率。一般情况下，您需要用一台数字万用表来测量电压，用另一台监测电流。借助稳定的外部分流电阻和一台Truevolt 系列数字万用表，您能以非常接近的间隔时间精确测量更低功率水平的电压和电流。了解这种方法的限制之后，您可以精准地测量直流功率特征。

测量技巧

Keysight N6705B 和 N6715B 直流电源分析仪是两款专门用于测量功率的仪器。对于交流功率分析，是德科技推出了全新的 PA2200 IntegraVision 功率分析仪。

使用数字万用表测量功率

直流功率测量中用到的最基本公式就是欧姆定律的延伸，即：

 P = V * I

使用数字万用表监测功率的典型配置是用一台数字万用表监测电压，用另一台数字万用表测量电流。然后在计算机上计算功率。图 1 中展示了典型的直流功率测量配置。

同时或近乎同时地监测电压和电流，需要使用两台数字万用表。这种方法非常灵活，您可以测量较多级别的电压和电流。但是，由于需要监控两台数字万用表，所以操作起来也更加复杂。而且如果要控制读数的时序，使它们互相接近，您可能需要某种计算机程序来控制万用表。通常，您可能并没有此类资源，甚至没有时间创建和调试程序。

有些工程师认为用一台数字万用表就足够同时测量电压和电流了，因为数字万用表上有两个不同端口，一个可以用于测量电压，另一个用于测量电流。但这种方法有几个问题。首先，如果不更改内部配置的话，那么大部分数字万用表都无法同时获得这两种读数。内部继电器将改变状态，而且量程也会改变，电路可能会乱成一团。因此，电流和电压读数的时序一般都是不可预测的。另一个问题是，这两个端口共用同一个公共的低侧（LO）端子。

在接线时必须非常小心，否则万一在电流端子或电压端子上施加了危险的浮置电压，就有可能损坏数字万用表或被测器件（DUT）。因此，很多数字万用表制造商都不允许同时测量电压和电流。

利用换算定标功能来获取功率读数（W）

在功率测量中，一般需要让电压和电流之一保持恒定，而改变另一个量。例如，如果电压保持恒定，那么功率将随电流而变化。很多时候，您希望可以看到以瓦（W）为单位的数字万用表读数，因为这样更直观。如果让一个参数保持恒定，例如电压恒定，您可以先取一个电压读数，然后用同一台数字万用表测量电流。最后，您可以在 Truevolt 34465A 或 34470A数字万用表上通过简单的换算定标，将电流测量值实时转换为以 W 为单位的功率值。

如图 2 所示，我们在此例中，在被测器件输入端取得直流电压读数。随后将数字万用表与返回路径上的被测器件串联。如图 3 所示，这样做是为了测量电流。启用对直流电流读数按数学比例换算和定标之后，数字万用表会在读数值上加上一个增益。

在图 4 中，您可以看到，所加的增益值就是图 1 中所取的直流电压读数。黄色读数为测得的总功率（V*I），单位为 W，它将随着 DCI 测量值的变化不断更新。此外，您还要注意二次测量中的原直流电流读数（蓝色）。您可以根据需要启用或禁用二次测量。在算术运算（Math）菜单中，您还可以输入用户自定义的单位（最多 4 个字符），显示以 W 为单位的测量结果。

测量技巧

如果您需要测量的电流超过 Truevolt系列数字万用表上的 10 A 量程，那么可以考虑在直流电压端子上使用外部分流器或使用变流器。您仍然可以使用算术换算定标功能，将测量值转换成您需要的单位。

测量技巧

负荷电压是指电流通过数字万用表的分流电阻时所产生的电势变化。要注意负荷电压及其可能对功率测量精度造成的影响。

近乎同时地测量电压和电流

如果电流或电压不是恒定的，那么前面介绍的方法可能并不适用。幸好，您还可以通过另一种方法，使用 Truevolt 系列数字万用表以非常接近的间隔时间同时测量电压和电流。这种方法需要使用一个外部电阻将直流电压测量值转换成电流值，这里会再次用到欧姆定律。

Truevolt 系列数字万用表具有直流电压比率测量功能，通常可以取两个 DCV 测量值，并报告两者的比率。图 5 中展示了这两次测量的接线图。该比率是用输入端子上的电压除以参考电压得出。参考电压是指两个单独测量值的差值，即高侧感测（HI Sense）端子和低侧输入（LO Input）端子之间的电压，以及低侧感测（LO Sense）端子和低侧输入（LO Input）端子之间的电压。为了方便讨论，我们将低侧输入端子和低侧感测端子短接。这样可以减小浮置的 DCV1 和 DCV2 造成的测量误差。

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