不同負載下電源適配器測試結果的差異

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不同負載下電源適配器測試結果的差異

工作狀態及負載的選擇
正常情況下，電子產品內部的鋰電池在充電時主要有兩個工作狀態：恒流充電和恒壓充電，出現預充電狀態的概率較低。圖4是某電源適配器實際充電時的輸出曲線，被充電設備在完全放電至自動關機后開始充電。
從圖中可知，5V1A電源適配器的輸出電壓基本維持在標稱輸出附近。輸出電流方面，適配器在75%電量之前基本處于恒流輸出（約0.8A），75%電量之后，隨著電量的增加輸出電流逐漸下降至0.24A，電量達到100%之后充電結束，基本對應了鋰電池充電過程中的恒流充電、恒壓充電、充電結束三個過程。
結合相關標準要求及3.2章對電源適配器輸出特性的分析，本文選取以下幾個狀態來進行EMC測試：
1）空載，這也是日常使用中比較常見的狀態；
2）CC模式，該模式雖然在正常使用中不太可能出現，但對于其他類型的開關電源具有參考意義。該模式下，選取R=Rth和R=1/2（Rth+Rset）進行測試；
3）CV模式，正常充電時適配器主要工作在該模式。選取R=Rset、R=2Rset、R=4Rset及輸出電流約0.2A（大部分鋰電池預充電及充電結束的閾值電流）時進行測試；
由于絕大部分的電源適配器內部芯片的工作頻率較低（＜108MHz），依據GB/T9254-2008標準的要求，輻射發射測試只需進行到1GHz。
本文隨機選取了7個不同型號（同一制造商的樣品不超過2個）的電源適配器進行30MHz~1GHz輻射騷擾測試。電源適配器的相關信息如表1。
其中，由于兩個5V/1A的適配器4Rset=20Ω，與R(I=200mA)=25Ω較為接近，故未對4Rset進行測試；另外，由于適配器6的Rth與Rset較為接近，故未對1/2（Rth+Rset）進行測試。
為了使測試結果具有可比性、復現性，測試安排如下：
1）環境溫濕度：25±3℃，30%RH~60%RH；
2）使用同一個滑線變阻器作為負載；
3）對于同一個電源適配器，測試過程中除負載阻值不同和環境溫濕度略有不同外，其余參數都保持一致；
4）所有的測試中，暗室的背景噪聲都至少低于GB/T9254-2008ClassB限值12dB（30~500MHz頻段內低于限值20dB）；
5）測試距離為3m，天線垂直極化、固定高度1m，轉臺360°旋轉；
6）接收機設置：RBW=120kHz、VBW=300kHz，MaxHold；
7）每種負載狀態下，電源適配器預熱10min后開始測試；
經驗及測試結果表明，大部分的電源適配器在天線垂直極化下的輻射發射值高于天線水平極化下的輻射發射值，故本文只選取垂直極化的數據進行分析。另外，由于完整地進行輻射發射測試耗時較長，本文只進行了PK值預掃測試（實際測試中也只需先進行PK值預掃，然后選取騷擾最大的狀態進行完整測試）。
3.2測試結果分析
限于篇幅原因，下文只列出部分適配器的測試頻譜圖。為了便于分析，只截取了騷擾較大的30~200MHz頻段。不同的顏色對應不同的負載電阻，具體對應關系如表2。
從測試結果可以看到一些共性：
1）大部分適配器在不同的負載情況下，其輻射發射騷擾的頻譜走勢相似；
2）適配器在空載和I=200mA狀態下的騷擾相對較低；
3）大部分適配器在R≥Rset時，即適配器處于恒壓輸出狀態時，在多數頻點上，負載電阻越大，騷擾越低；
4）大部分適配器在R≤Rset時，即適配器處于恒流輸出狀態時，其騷擾都比較高；
從測試結果中也可以看到，同一個電源適配器在不同的負載狀態下，某些相同頻點的測試值差別較大。如圖7中頻率為30.5MHz的測試結果，R=2Rset（PK=40.0dBμV/m）比空載狀態下（PK=13.0dBμV/m）的測試結果高了27dB，比R=Rset（PK=32.7dBμV/m）的測試結果高了7.3dB。而在33.5MHz處，R=Rset（PK=44.3dBμV/m）的測試結果則比R=2Rset（PK=38.6dBμV/m）高了5.7dB。假如在實際測試中選擇了R=Rset進行測試，發現33.5MHz處超過了標準限值，于是進行整改并最終低于限值，但卻并不能保證在R=2Rset、頻率為30.5MHz的點也是符合標準要求的，甚至有可能因為更換了不同參數的元器件導致該頻點超過標準限值。
另外，從圖5、圖6約39.5MHz附近，圖8約31MHz附近可以看到，適配器在恒流輸出狀態下的騷擾要明顯高于恒壓輸出時的騷擾。特別是圖6，恒流輸出狀態下PK值已經超過了標準限值（PK=41.3dBμV/m），而恒壓輸出時卻是低于標準限值的（PK=35.1dBμV/m）。
考慮到5V1A電源適配器在正常工作時是不會工作在恒流狀態的，假如圖6所示的頻點在恒流狀態下最終的QP通過分析發現，圖2中的產品是駐立式器具，金屬手柄與金屬箱門連接，金屬箱門與接地金屬外殼通過鉸鏈連接起來，因此金屬手柄也具有接地連續性，并且，此手柄并非電氣元件的手柄，所以22.35條款不適用。
4結論
綜上分析，對于非駐立式器具而言，不允許使用金屬手柄、操縱桿和旋鈕，如果一定要使用，那么需要在這些部件表面覆蓋一層等同于附加絕緣的絕緣材料。而對于駐立式器具的非電氣元件的金屬手柄、操縱桿和旋鈕，只要這些部件接地或者用接地金屬將帶電部件與這些部件隔開，22.35條款將不適用。
值也超過了標準限值，但在恒壓狀態（也即正常工作狀態）下是符合標準限值的，那么是否可以判其不合格呢？
由于標準沒有給出測試時應采用怎樣的負載條件，上述問題值得商榷。但是，如果電源適配器或者說開關電源的使用范圍較廣（可能會用到其恒流輸出狀態），那么，恒流狀態下的測試也是必要的。
4總結
從上述分析可以看出，5V1A電源適配器在不同的負載條件下其輻射發射的測試結果有著較大的差異，某些情況下可能影響到是否符合標準限值的判定。所以，應根據其輸出參數至少在恒壓輸出狀態下合理地選擇不同大小的負載進行測試，以確保其在正常工況下符合標準限值。而是否要對其恒流狀態下進行測試，有待進一步商榷。但對于用途更廣泛的電源適配器（開關電源），應對其恒流輸出狀態也進行測試。

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