淺談能源之星影像設備產(chǎn)品測試

地球上的能源是有限的，節(jié)約能源，已是全人類的共識。隨著能源問題越來越受到各個國家的關注，節(jié)能計劃也開始逐步在一些國家開展。能源之星（Energy Star），是一項由美國政府所主導，主要針對消費性電子產(chǎn)品的能源節(jié)約計劃。能源之星計劃于1992年由美國環(huán)保署（EPA）所啟動，目的是為了降低能源消耗及減少發(fā)電廠所排放的溫室效應氣體。此計劃并不具強迫性，自發(fā)配合此計劃的廠商，就可以在其合格產(chǎn)品上貼上能源之星的標簽。最早配合此計劃的產(chǎn)品主要是電腦等電器，之后逐漸延伸到電機、辦公室設備、照明、家電等。

能源之星計劃自1992年開始在美國推廣以來，極具成效，目前已成為國際標準之一。它已成為普通大眾購買能耗產(chǎn)品的決策依據(jù)之一，包括美國、加拿大、日本、中國臺灣、澳大利亞、新西蘭、歐盟等國家和地區(qū)都已普遍認同該標準，并自2001年起每年一次召開國際能源之星計劃會議?，F(xiàn)在，全球有28000種不同型號的終端耗能產(chǎn)品獲得了能源之星節(jié)能認證，每年銷售能源之星產(chǎn)品超過10億件。這些產(chǎn)品主要集中在計算機及辦公設備，如顯示器、打印機、傳真機、復印機、一體機等；家用電器和類似家用的產(chǎn)品如電冰箱、空調(diào)、洗衣機、電視機、錄像機等領域。貼有能源之星標志的產(chǎn)品不僅節(jié)約能源，減少空氣污染，從而節(jié)約成本資金，而且產(chǎn)品的品質(zhì)也更有保障。根據(jù)2006年12月底達成的協(xié)議，能源之星標志將貼在歐洲市場所銷售的和出口到美國的高能效辦公設備上，這些設備包括計算機、顯示器、打印機、復印機、傳真機和掃描儀等。

圖1 簡要測試過程

對于影像設備產(chǎn)品來說，主要涵蓋了打印機、復印機、傳真機、掃描儀等。為確保環(huán)境狀況的變化不至于影響測試結果且測試結果具有可重復性，對該類產(chǎn)品是否符合能源之星標準而進行能耗測試時，必須具備規(guī)定的測試環(huán)境，如供電、環(huán)境、紙張等，而且對測試設備進行了一定的要求。

對于測試能耗的儀器，其主要要求有：

①具有真有效值的功率計或功率分析儀。
②頻率響應至少為3kHz，主要考慮開關電源引入的諧波（奇次波可達21次，IEC555建議參考到50次）。
③解析度按IEC62301要求，對于電功率小于10W的，解析度應該大于  0.01W；對于功率在10～100W之間的，解析度應該大于0.1W；對于功率大于100W的，解析度應該大于1W。
④準確度在所有情況下應該大于   5％的準確度，對于功率低于0.5W的，準確度需大于0.02W。
⑤測試儀器必須在12月內(nèi)進行一次校正，以確保測試精度。

對于該類產(chǎn)品的測試，特別重視一個產(chǎn)品在具有代表性周期內(nèi)的正常操作下的典型用電量。TEC(典型用電量，Typical Electricity Consumption)對影像類產(chǎn)品的主要規(guī)則是測試一個星期的用電量，用千瓦/時來表示測得的用電量。測試過程中包括關閉狀態(tài)、完成/就緒狀態(tài)、休眠狀態(tài)、就緒/休眠狀態(tài)和自動關閉狀態(tài)等。

對于測試來說，要測試一個星期的用電量，是比較困難的，那么TEC建議采用一種包含休眠、四個工作及自動休眠的簡要測試過程（如圖1所示），然后通過計算，獲得一星期的用電量。
一個星期的電量可通過如下公式得到：

TEC=[(Job1×2)+((Jobs Per Day-2)×(Job2+Job3+Job4)/3)]+(2×Final Energy)+[24 hours-((Jobs per day/4)+(Final Time×2))×Sleep Power]×5+(Sleep Power×48)

變換得：

TEC=(Job1×10)+[(Jobs Per Day-2)×((Job2+Job3+Job4)/3)×5]+(10×Final Energy)+[Sleep Power×(168 hours-(Final Time×10)-(Jobs per day×1.25))]

我們從上面的要求及測試可知道，做該類產(chǎn)品能耗測試，其要求精度達到5％即可，看似要求不高，但做能耗測試時，進行功率積分，測試儀器的量程是不能進行切換的。那么，我們從測試過程中可以看出，該測試需測量包含工作時的大功率（大電流）狀態(tài)下及休眠時的小功率（小電流）狀態(tài)，從整個過程來看，是一個間歇過程的測試。根據(jù)測試誤差理論，數(shù)字化測試儀器的誤差包含讀書誤差及量程誤差。該測試對測試儀器的精度主要考驗在大電流量程中測試小電流精度，并且間歇時間越長，測小電流的誤差對整體誤差影響越大。因此，測試待機或休眠時的功率誤差起決定作用，而待機或休眠的功率誤差主要由量程誤差決定。

假設測試產(chǎn)品在某一段時間t內(nèi)，其損耗功率為P。

那么Wh＝Pt
得到：

變換為：

即：        （1）

由式子（1）中，一般測試儀器時鐘精度都很高，這里忽略儀器時鐘精度，因此，影響能耗測試誤差主要由功率誤差決定。那么，式（1）可簡化為。

下面以橫河電機（YOKOGAWA）的WT210和WT3000的功率精度對該測試進行誤差分析比較，來分析影像類產(chǎn)品的能源之星測試對測試儀器精度的要求。

WT210功率精度：±（讀數(shù)的0.1%＋量程的0.1%），45Hz≤f≤66Hz。

WT3000功率精度：±（讀數(shù)的   0.02%＋量程的0.04%），45Hz≤f≤66Hz。

影像類某產(chǎn)品待機或休眠時電流為i，工作電壓為220V，工作時其電流量程為I，測試儀器(WT210和WT3000)電壓量程為300V?？捎嬎愕玫焦β柿砍虨椋?00I）W，待機或休眠損耗功率為（220i）W。
那么待機或休眠時功率誤差為，

WT210：

那么，當測試該產(chǎn)品滿足能源之星要求時，須（3I/22i）%≤4.9％，即I/i≤35.93                      （2）

WT3000：

那么，當測試該產(chǎn)品滿足能源之星要求時， 須 (12I/220i)%≤4.98，即I/i≤91.3                       （3）

通過式（2）和（3），可以知道，當影像類產(chǎn)品最大工作電流確定后（即可確定電流量程），那么對這兩種功率測試儀器做能源之星可測試的最小待機或休眠電流隨之可以確定。當然該分析僅從待機或休眠功耗進行誤差的影像分析，沒考慮間歇時間長短的影響。根據(jù)前述能源之星測試要求，其中間過程休眠和間歇時間占整個測試時間的比例是很大的，因此，對測試儀器精度的要求就更高。從以上兩個式子可以知道，WT3000功率分析儀在大電流量程時可以測試更小的待機或休眠電流而能符合能源之星測試要求。

橫河電機提供的WT3000是一種新型的寬頻功率分析儀，測量頻率范圍為直流或0.1～1MHz交流，測量精度為±（讀數(shù)的0.02%＋量程的0.04%），電壓電流有豐富的量程選擇。WT3000可進行符合IEC61000-3-2標準的諧波測試，可進行符合IEC61000-3-3標準電壓波動/閃變的測量。下面以WT3000對某型號復印機進行TEC測試案例，數(shù)據(jù)采集為每秒1次，所得能耗曲線如圖2所示。

圖2 WT3000測試實例

當今，能源問題已引起各國的普遍關注，節(jié)能成為全球的必然趨勢，我國政府已開始高度重視并大力倡導減排增效建設節(jié)約型社會，并且隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，產(chǎn)品大量出口到歐美國家，關注和適應能源之星計劃也將成為企業(yè)增強競爭力的必然選擇。