对标准计算机显示器能效检测的探讨与问题分析

摘 要：随着信息时代的到来，计算机成为了人们工作、生活和学习必不可少的帮手。目前，我国是世界上计算机的生产大国和消费大国，由于能源日益紧张，如何实现节能，逐渐成为人们的关注重点。本文以标准计算机显示器为例（以下显示器均为标准显示器），首先介绍了能效等级方面的内容，并着重探讨了检测的方法以及测试的注意事项，希望能够起到一定的参考作用。

关键词：计算机；标准显示器；能效登记；能耗

引言：虽然我国关于计算机显示器的能耗制定和出台了相应的技术标准，也在一定程度上推进了计算机显示器的升级换代，但由于现在能效标准（GB 21520-2015）对产品的要求已经有所提高，同时人们对于能源消耗的关注程度越来越重，所以对计算机显示器能效检测的探讨具有十分积极的意义。

1.计算机显示器能效等级简介

1.1测试标准

在对计算机显示器能效等级进行测试时，需要遵循GB21520-2015中的相关指标，主要涉及能源效率，睡眠状态能耗和关闭状态下的能耗。

能源效率指的是，显示器屏幕的发光强度与显示器能耗的比值。

睡眠状态功率是指显示器在睡眠状态下的有功功率。

关闭状态下的能耗指的是，显示器的有功功率。这里需要介绍一下有功功率的计算公式：

瞬时电压为u（t），瞬时电流为i（t），瞬时功率为p（t），而有功功率为P。

对于交流电，T为交流电的周期，对于直流电，T可取任意值。

对于正弦交流电，经过积分运算可得：

上式中，U、I分别为正弦交流电的有效值，φ为电压与电流信号的相位差。

对于標准显示器，1级能源效率为2.0cd/W；2级能源效率为1.5cd/W；3级能源效率为1.0cd/W，同时标准显示器在任何一个能源效率等级下的睡眠功耗和关闭能耗都应小于或等于0.5W。

1.2测试模型

针对计算机显示器的检测设备目前使用的是光学测量设备（亮度计），功率计（带计数功能，或者用秒表代替计数功能），稳压源等，由于显示器要测试显示屏面积因此还需配备长度测量工具，通过使用光学测量设备，测量发光强度，并且将发光强度与面积的乘积再与输出功率的实际比值，来得出显示器的能源效率，公式如下：

Eff=S×L/Pw

其中，Eff指的是能源效率，Pw指的是显示器单位时间内的能耗值，S指的是显示器的面积，L指的是测量的显示器的亮度。需要注意的是，这一公式不适用于那些具有触控功能的显示器。

2.计算机显示器能效检测的要点

2.1信号

在对显示器能效进行检测时，需要保证测试电源必须稳定（电压为220V（1±3%V），频率为50（1±1%）Hz，总谐波失真小于等于3%），计算机显示器在测试过程中，不能接入外部设备。由于计算机显示器能效检测的时间较长，并且涉及内容较多，所以不能忽略人为因素的干扰和影响，以测试信号为例，应该选择如图1所示的白窗口信号（在此状态下预热30分钟后才可进行检测），对显示器的中心亮度进行测试，而在确定和调整显示器的对比度时，要使用8级灰度测试信号[1]如图2。

2.2位置

光学测量装置是显示器能效检测必不可少的工具，人们在使用过程中对于装置的精度格外重视，但是却忽略了装置与显示器之间的距离对测量结果的影响。针对这种情况，需要在测试之前，根据装置的特点合理调整距离，当确定距离后，要对显示器和装置进行固定，亮度计应与显示屏中心位置垂直，且距离测试点为1米，特别是测得的显示器能效等级值属于边缘数值时，一定要增加测试次数，找出最准确的结果。

2.3状态

对于计算机显示器而言，在测试前必须恢复出厂设置如果有环境光控制功能的，将显示器的环境光控制功能关闭，如果不能关闭则需要在光感应处给予不低于300lx的照度，然后输入图2测试信号，并且对比度和亮度都调至最大值，这时显示器的亮度和对比度均为100%，如果第二排的100%和95%的两个灰阶正好能分辨，该状态即为测试状态，反之则调整对比度直到恰好分辨为止；若100%和95%灰度始终无法分辨则调整对比度至95%和90%恰好分辨，以此类推。如果90%和85%始终无法分辨，则将对比度调整至最低。在整个对比度的调整过程中，计算机显示器的亮度应该始终保持达到最大标准，也就是100%。

2.4时间

当对计算机的显示器进行测试时，需要事先进行预热，使得产品所有元器件达到稳定状态，不能现场开启显示器里面进行测试，以免影响结果的精度。正常情况下，计算机的预热时间应该至少半小时，当运行一段时间后，计算机显示器的能源效率不会有较大的波动，并且相对稳定，在这种情况下测试对结果的影响将达到最低，整个功耗测试时间不小于为10分钟。我们以某企业X型号计算机为例，测试了具体的功率、亮度和能效变化情况，可知预热30分钟以后显示器几乎达到稳定状态。

2.5睡眠状态功耗

睡眠状态是指显示器在不关闭情况下不显示图像。该状态可由用户选择进入，也可因无信号输入一段时间后自动进入。可通过连接设备或用户操作进入工作状态。如果睡眠状态具有功能无关的附加功能则需要关闭此功能，整个测试时间为10分钟。

2.6关闭状态能耗

这里的能耗指的是，显示器完全关闭后的能耗，虽然相对简单，但是仍然不能掉以轻心。一方面，在测量能耗时，需要保持信号源与显示器处于连接状态，同时要注意有些显示器是带全极开关的，测试关闭状态时可以在开关关闭状态下进行检测。另一方面，要注意测量的顺序，务必按照标准的测试顺序进行检测，以确保测试值的准确性，整个关闭状态测试时间为10分钟。

3，测试过程中常见问题分析及解决方案

3.1能效指数不符合要求

与能效指数相关的有，显示屏亮度，工作状态功耗和显示屏尺寸这3个因素，一旦出现能效指数不合格，就需要从显示屏亮度和工作状态功耗分析。企业可以按照显示屏供应商提供的规格书，调整显示屏参数，保证在满足标准测试要求的情况下（8阶灰度）做数据分析，找出亮度与功耗比值的最小值，来测试是否满足标准，如果符合则可以按此状态进行能效检测，若不符合，再考虑对电源和显示屏的调整，必要时要考虑更换电源或显示屏型号规格。

3.2睡眠状态不合格

此情况是目前不合格率产品中出现的较多的现象，主要如下：

（1）产品有遥控开关和全极开关同时存在的情况，显示在全极开关未关闭状态下，可以通过遥控器进行开启和关闭，其实按照标准对睡眠状态的解释，遥控器关闭显示器状态也是一种睡眠状态，很多企业会误认为遥控器关闭也是关闭状态，因此导致企业把一种高功耗状态作为了睡眠状态才导致检测不合格，碰到此现象，试验人员应对企业进行指导告知，以确保检测正确性。

（2）产品用适配器或内置电源有各类指示灯或者发光二极管指示灯，虽然此指示灯功耗很小对于睡眠状态要求值而言还是一个很大的功耗元器件，建议企业对此类元器件在设计时应设计为睡眠状态下关闭。

3.3关闭状态不合格

（1）无全极开关的产品，在设计时务必设计为关闭状态内部电源全部切断，对于电源板上的任何一个元器件都很容易造成功耗大于0.5W情况。

（2）使用的适配器或内置电源有各类指示灯或者发光二极管指示灯，此类元器件在關闭状态下建议全部关闭，以免造成不合格。

结论：综上所述，整体而言，我国生产和使用的计算机显示器，其中符合国家节能标准的显示器占比约为80%，大多数的等级为1级，所以在未来的发展过程中，不仅需要加大检测技术应用的力度，还要提高显示器市场的门槛，从整体上提升节能水平。

参考文献：

[1]华明静，黄林轶.GB 21520-201X显示器能效新标准解读与分析[J].电子产品可靠性与环境试验，2016，32（03）：56-60.

[2]张金富.计算机显示器能源效率标识的计量检测与分析[J].机电技术，2018（06）：125-127.

作者简介：

倪俊贇，籍贯：汉，职称和学历：工学士学位，研究方向或专业：信息技术设备检测.