對標準計算機顯示器能效檢測的探討與問題分析

摘 要：隨著信息時代的到來，計算機成為了人們工作、生活和學習必不可少的幫手。目前，我國是世界上計算機的生產(chǎn)大國和消費大國，由于能源日益緊張，如何實現(xiàn)節(jié)能，逐漸成為人們的關(guān)注重點。本文以標準計算機顯示器為例（以下顯示器均為標準顯示器），首先介紹了能效等級方面的內(nèi)容，并著重探討了檢測的方法以及測試的注意事項，希望能夠起到一定的參考作用。

關(guān)鍵詞：計算機；標準顯示器；能效登記；能耗

引言：雖然我國關(guān)于計算機顯示器的能耗制定和出臺了相應(yīng)的技術(shù)標準，也在一定程度上推進了計算機顯示器的升級換代，但由于現(xiàn)在能效標準（GB 21520-2015）對產(chǎn)品的要求已經(jīng)有所提高，同時人們對于能源消耗的關(guān)注程度越來越重，所以對計算機顯示器能效檢測的探討具有十分積極的意義。

1.計算機顯示器能效等級簡介

1.1測試標準

在對計算機顯示器能效等級進行測試時，需要遵循GB21520-2015中的相關(guān)指標，主要涉及能源效率，睡眠狀態(tài)能耗和關(guān)閉狀態(tài)下的能耗。

能源效率指的是，顯示器屏幕的發(fā)光強度與顯示器能耗的比值。

睡眠狀態(tài)功率是指顯示器在睡眠狀態(tài)下的有功功率。

關(guān)閉狀態(tài)下的能耗指的是，顯示器的有功功率。這里需要介紹一下有功功率的計算公式：

瞬時電壓為u（t），瞬時電流為i（t），瞬時功率為p（t），而有功功率為P。

對于交流電，T為交流電的周期，對于直流電，T可取任意值。

對于正弦交流電，經(jīng)過積分運算可得：

上式中，U、I分別為正弦交流電的有效值，φ為電壓與電流信號的相位差。

對于標準顯示器，1級能源效率為2.0cd/W；2級能源效率為1.5cd/W；3級能源效率為1.0cd/W，同時標準顯示器在任何一個能源效率等級下的睡眠功耗和關(guān)閉能耗都應(yīng)小于或等于0.5W。

1.2測試模型

針對計算機顯示器的檢測設(shè)備目前使用的是光學測量設(shè)備（亮度計），功率計（帶計數(shù)功能，或者用秒表代替計數(shù)功能），穩(wěn)壓源等，由于顯示器要測試顯示屏面積因此還需配備長度測量工具，通過使用光學測量設(shè)備，測量發(fā)光強度，并且將發(fā)光強度與面積的乘積再與輸出功率的實際比值，來得出顯示器的能源效率，公式如下：

Eff=S×L/Pw

其中，Eff指的是能源效率，Pw指的是顯示器單位時間內(nèi)的能耗值，S指的是顯示器的面積，L指的是測量的顯示器的亮度。需要注意的是，這一公式不適用于那些具有觸控功能的顯示器。

2.計算機顯示器能效檢測的要點

2.1信號

在對顯示器能效進行檢測時，需要保證測試電源必須穩(wěn)定（電壓為220V（1±3%V），頻率為50（1±1%）Hz，總諧波失真小于等于3%），計算機顯示器在測試過程中，不能接入外部設(shè)備。由于計算機顯示器能效檢測的時間較長，并且涉及內(nèi)容較多，所以不能忽略人為因素的干擾和影響，以測試信號為例，應(yīng)該選擇如圖1所示的白窗口信號（在此狀態(tài)下預(yù)熱30分鐘后才可進行檢測），對顯示器的中心亮度進行測試，而在確定和調(diào)整顯示器的對比度時，要使用8級灰度測試信號[1]如圖2。

2.2位置

光學測量裝置是顯示器能效檢測必不可少的工具，人們在使用過程中對于裝置的精度格外重視，但是卻忽略了裝置與顯示器之間的距離對測量結(jié)果的影響。針對這種情況，需要在測試之前，根據(jù)裝置的特點合理調(diào)整距離，當確定距離后，要對顯示器和裝置進行固定，亮度計應(yīng)與顯示屏中心位置垂直，且距離測試點為1米，特別是測得的顯示器能效等級值屬于邊緣數(shù)值時，一定要增加測試次數(shù)，找出最準確的結(jié)果。

2.3狀態(tài)

對于計算機顯示器而言，在測試前必須恢復(fù)出廠設(shè)置如果有環(huán)境光控制功能的，將顯示器的環(huán)境光控制功能關(guān)閉，如果不能關(guān)閉則需要在光感應(yīng)處給予不低于300lx的照度，然后輸入圖2測試信號，并且對比度和亮度都調(diào)至最大值，這時顯示器的亮度和對比度均為100%，如果第二排的100%和95%的兩個灰階正好能分辨，該狀態(tài)即為測試狀態(tài)，反之則調(diào)整對比度直到恰好分辨為止；若100%和95%灰度始終無法分辨則調(diào)整對比度至95%和90%恰好分辨，以此類推。如果90%和85%始終無法分辨，則將對比度調(diào)整至最低。在整個對比度的調(diào)整過程中，計算機顯示器的亮度應(yīng)該始終保持達到最大標準，也就是100%。

2.4時間

當對計算機的顯示器進行測試時，需要事先進行預(yù)熱，使得產(chǎn)品所有元器件達到穩(wěn)定狀態(tài)，不能現(xiàn)場開啟顯示器里面進行測試，以免影響結(jié)果的精度。正常情況下，計算機的預(yù)熱時間應(yīng)該至少半小時，當運行一段時間后，計算機顯示器的能源效率不會有較大的波動，并且相對穩(wěn)定，在這種情況下測試對結(jié)果的影響將達到最低，整個功耗測試時間不小于為10分鐘。我們以某企業(yè)X型號計算機為例，測試了具體的功率、亮度和能效變化情況，可知預(yù)熱30分鐘以后顯示器幾乎達到穩(wěn)定狀態(tài)。

2.5睡眠狀態(tài)功耗

睡眠狀態(tài)是指顯示器在不關(guān)閉情況下不顯示圖像。該狀態(tài)可由用戶選擇進入，也可因無信號輸入一段時間后自動進入?？赏ㄟ^連接設(shè)備或用戶操作進入工作狀態(tài)。如果睡眠狀態(tài)具有功能無關(guān)的附加功能則需要關(guān)閉此功能，整個測試時間為10分鐘。

2.6關(guān)閉狀態(tài)能耗

這里的能耗指的是，顯示器完全關(guān)閉后的能耗，雖然相對簡單，但是仍然不能掉以輕心。一方面，在測量能耗時，需要保持信號源與顯示器處于連接狀態(tài)，同時要注意有些顯示器是帶全極開關(guān)的，測試關(guān)閉狀態(tài)時可以在開關(guān)關(guān)閉狀態(tài)下進行檢測。另一方面，要注意測量的順序，務(wù)必按照標準的測試順序進行檢測，以確保測試值的準確性，整個關(guān)閉狀態(tài)測試時間為10分鐘。

3，測試過程中常見問題分析及解決方案

3.1能效指數(shù)不符合要求

與能效指數(shù)相關(guān)的有，顯示屏亮度，工作狀態(tài)功耗和顯示屏尺寸這3個因素，一旦出現(xiàn)能效指數(shù)不合格，就需要從顯示屏亮度和工作狀態(tài)功耗分析。企業(yè)可以按照顯示屏供應(yīng)商提供的規(guī)格書，調(diào)整顯示屏參數(shù)，保證在滿足標準測試要求的情況下（8階灰度）做數(shù)據(jù)分析，找出亮度與功耗比值的最小值，來測試是否滿足標準，如果符合則可以按此狀態(tài)進行能效檢測，若不符合，再考慮對電源和顯示屏的調(diào)整，必要時要考慮更換電源或顯示屏型號規(guī)格。

3.2睡眠狀態(tài)不合格

此情況是目前不合格率產(chǎn)品中出現(xiàn)的較多的現(xiàn)象，主要如下：

（1）產(chǎn)品有遙控開關(guān)和全極開關(guān)同時存在的情況，顯示在全極開關(guān)未關(guān)閉狀態(tài)下，可以通過遙控器進行開啟和關(guān)閉，其實按照標準對睡眠狀態(tài)的解釋，遙控器關(guān)閉顯示器狀態(tài)也是一種睡眠狀態(tài)，很多企業(yè)會誤認為遙控器關(guān)閉也是關(guān)閉狀態(tài)，因此導致企業(yè)把一種高功耗狀態(tài)作為了睡眠狀態(tài)才導致檢測不合格，碰到此現(xiàn)象，試驗人員應(yīng)對企業(yè)進行指導告知，以確保檢測正確性。

（2）產(chǎn)品用適配器或內(nèi)置電源有各類指示燈或者發(fā)光二極管指示燈，雖然此指示燈功耗很小對于睡眠狀態(tài)要求值而言還是一個很大的功耗元器件，建議企業(yè)對此類元器件在設(shè)計時應(yīng)設(shè)計為睡眠狀態(tài)下關(guān)閉。

3.3關(guān)閉狀態(tài)不合格

（1）無全極開關(guān)的產(chǎn)品，在設(shè)計時務(wù)必設(shè)計為關(guān)閉狀態(tài)內(nèi)部電源全部切斷，對于電源板上的任何一個元器件都很容易造成功耗大于0.5W情況。

（2）使用的適配器或內(nèi)置電源有各類指示燈或者發(fā)光二極管指示燈，此類元器件在關(guān)閉狀態(tài)下建議全部關(guān)閉，以免造成不合格。

結(jié)論：綜上所述，整體而言，我國生產(chǎn)和使用的計算機顯示器，其中符合國家節(jié)能標準的顯示器占比約為80%，大多數(shù)的等級為1級，所以在未來的發(fā)展過程中，不僅需要加大檢測技術(shù)應(yīng)用的力度，還要提高顯示器市場的門檻，從整體上提升節(jié)能水平。

參考文獻：

[1]華明靜，黃林軼.GB 21520-201X顯示器能效新標準解讀與分析[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗，2016，32（03）：56-60.

[2]張金富.計算機顯示器能源效率標識的計量檢測與分析[J].機電技術(shù)，2018（06）：125-127.

作者簡介：

倪俊贇，籍貫：漢，職稱和學歷：工學士學位，研究方向或?qū)I(yè)：信息技術(shù)設(shè)備檢測.