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不同负载下电源适配器测试结果的差异

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不同负载下电源适配器测试结果的差异

工作状态及负载的选择
正常情况下,电子产品内部的锂电池在充电时主要有两个工作状态:恒流充电和恒压充电,出现预充电状态的概率较低。图4是某电源适配器实际充电时的输出曲线,被充电设备在完全放电至自动关机后开始充电。
从图中可知,5V1A电源适配器的输出电压基本维持在标称输出附近。输出电流方面,适配器在75%电量之前基本处于恒流输出(约0.8A),75%电量之后,随着电量的增加输出电流逐渐下降至0.24A,电量达到100%之后充电结束,基本对应了锂电池充电过程中的恒流充电、恒压充电、充电结束三个过程。
结合相关标准要求及3.2章对电源适配器输出特性的分析,本文选取以下几个状态来进行EMC测试:
1)空载,这也是日常使用中比较常见的状态;
2)CC模式,该模式虽然在正常使用中不太可能出现,但对于其他类型的开关电源具有参考意义。该模式下,选取R=Rth和R=1/2(Rth+Rset)进行测试;
3)CV模式,正常充电时适配器主要工作在该模式。选取R=Rset、R=2Rset、R=4Rset及输出电流约0.2A(大部分锂电池预充电及充电结束的阈值电流)时进行测试;
由于绝大部分的电源适配器内部芯片的工作频率较低(<108MHz),依据GB/T9254-2008标准的要求,辐射发射测试只需进行到1GHz。
本文随机选取了7个不同型号(同一制造商的样品不超过2个)的电源适配器进行30MHz~1GHz辐射骚扰测试。电源适配器的相关信息如表1。
其中,由于两个5V/1A的适配器4Rset=20Ω,与R(I=200mA)=25Ω较为接近,故未对4Rset进行测试;另外,由于适配器6的Rth与Rset较为接近,故未对1/2(Rth+Rset)进行测试。
为了使测试结果具有可比性、复现性,测试安排如下:
1)环境温湿度:25±3℃,30%RH~60%RH;
2)使用同一个滑线变阻器作为负载;
3)对于同一个电源适配器,测试过程中除负载阻值不同和环境温湿度略有不同外,其余参数都保持一致;
4)所有的测试中,暗室的背景噪声都至少低于GB/T9254-2008ClassB限值12dB(30~500MHz频段内低于限值20dB);
5)测试距离为3m,天线垂直极化、固定高度1m,转台360°旋转;
6)接收机设置:RBW=120kHz、VBW=300kHz,MaxHold;
7)每种负载状态下,电源适配器预热10min后开始测试;
经验及测试结果表明,大部分的电源适配器在天线垂直极化下的辐射发射值高于天线水平极化下的辐射发射值,故本文只选取垂直极化的数据进行分析。另外,由于完整地进行辐射发射测试耗时较长,本文只进行了PK值预扫测试(实际测试中也只需先进行PK值预扫,然后选取骚扰最大的状态进行完整测试)。
3.2测试结果分析
限于篇幅原因,下文只列出部分适配器的测试频谱图。为了便于分析,只截取了骚扰较大的30~200MHz频段。不同的颜色对应不同的负载电阻,具体对应关系如表2。
从测试结果可以看到一些共性:
1)大部分适配器在不同的负载情况下,其辐射发射骚扰的频谱走势相似;
2)适配器在空载和I=200mA状态下的骚扰相对较低;
3)大部分适配器在R≥Rset时,即适配器处于恒压输出状态时,在多数频点上,负载电阻越大,骚扰越低;
4)大部分适配器在R≤Rset时,即适配器处于恒流输出状态时,其骚扰都比较高;
从测试结果中也可以看到,同一个电源适配器在不同的负载状态下,某些相同频点的测试值差别较大。如图7中频率为30.5MHz的测试结果,R=2Rset(PK=40.0dBμV/m)比空载状态下(PK=13.0dBμV/m)的测试结果高了27dB,比R=Rset(PK=32.7dBμV/m)的测试结果高了7.3dB。而在33.5MHz处,R=Rset(PK=44.3dBμV/m)的测试结果则比R=2Rset(PK=38.6dBμV/m)高了5.7dB。假如在实际测试中选择了R=Rset进行测试,发现33.5MHz处超过了标准限值,于是进行整改并最终低于限值,但却并不能保证在R=2Rset、频率为30.5MHz的点也是符合标准要求的,甚至有可能因为更换了不同参数的元器件导致该频点超过标准限值。
另外,从图5、图6约39.5MHz附近,图8约31MHz附近可以看到,适配器在恒流输出状态下的骚扰要明显高于恒压输出时的骚扰。特别是图6,恒流输出状态下PK值已经超过了标准限值(PK=41.3dBμV/m),而恒压输出时却是低于标准限值的(PK=35.1dBμV/m)。
考虑到5V1A电源适配器在正常工作时是不会工作在恒流状态的,假如图6所示的频点在恒流状态下最终的QP通过分析发现,图2中的产品是驻立式器具,金属手柄与金属箱门连接,金属箱门与接地金属外壳通过铰链连接起来,因此金属手柄也具有接地连续性,并且,此手柄并非电气元件的手柄,所以22.35条款不适用。
4结论
综上分析,对于非驻立式器具而言,不允许使用金属手柄、操纵杆和旋钮,如果一定要使用,那么需要在这些部件表面覆盖一层等同于附加绝缘的绝缘材料。而对于驻立式器具的非电气元件的金属手柄、操纵杆和旋钮,只要这些部件接地或者用接地金属将带电部件与这些部件隔开,22.35条款将不适用。
值也超过了标准限值,但在恒压状态(也即正常工作状态)下是符合标准限值的,那么是否可以判其不合格呢?
由于标准没有给出测试时应采用怎样的负载条件,上述问题值得商榷。但是,如果电源适配器或者说开关电源的使用范围较广(可能会用到其恒流输出状态),那么,恒流状态下的测试也是必要的。
4总结
从上述分析可以看出,5V1A电源适配器在不同的负载条件下其辐射发射的测试结果有着较大的差异,某些情况下可能影响到是否符合标准限值的判定。所以,应根据其输出参数至少在恒压输出状态下合理地选择不同大小的负载进行测试,以确保其在正常工况下符合标准限值。而是否要对其恒流状态下进行测试,有待进一步商榷。但对于用途更广泛的电源适配器(开关电源),应对其恒流输出状态也进行测试。

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| 发布时间:2019.08.01    来源:电源适配器厂家
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