車載快速充電適配器的安全與標準的研究

王成濤 張 輝 陳華平 徐蓓蓓 黃曉東 馬菁菁 徐 嶸*

（1.深圳市檢驗檢疫科學研究院 廣東深圳 518033；2.深圳出入境檢驗檢疫局工業(yè)品檢測技術(shù)中心）

1 前言

隨著轎車走進千家萬戶，以及各類電子產(chǎn)品的廣泛應用，在汽車內(nèi)實現(xiàn)電子產(chǎn)品的快速充電已經(jīng)成為廣大消費者的普遍需求，而隨著芯片技術(shù)的發(fā)展應用，適配器快速充電技術(shù)得到飛速發(fā)展，市面上各類車載快速充電適配器為消費者提供了多種選擇。在行業(yè)高速發(fā)展，市場呈現(xiàn)一派欣欣向榮的景象背后，卻隱藏著安全隱患。據(jù)了解，市面上諸多車載適配器在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、過電壓強度、外殼阻燃及過電流保護等方面存在不合格現(xiàn)象，這些不合格產(chǎn)品，輕則導致適配器及汽車電路損壞，重則引起汽車著火燃燒，危及使用者的生命和財產(chǎn)安全。如何使車載快速充電適配器的產(chǎn)品品質(zhì)和安全性能得到更好管控，已經(jīng)成為亟待解決的問題。

2 標準現(xiàn)狀

目前，我國尚未制定關(guān)于車載充電器的國家強制標準，車載適配器沿用的標準是由工信部頒布的YD/T 2306—2011《移動通信終端車載直流電源適配器及接口技術(shù)要求和測試方法》這一行業(yè)標準，由于不是強制性標準，有許多企業(yè)在制造產(chǎn)品的時候，往往會犧牲一些安全措施，以達到節(jié)省成本的目的而未嚴格執(zhí)行這一標準；同時，也可以注意到該行業(yè)標準頒布的年份是2011年，而車載適配器技術(shù)近年來已經(jīng)得到飛速發(fā)展，標準的相當一部分內(nèi)容已經(jīng)不適應現(xiàn)行的產(chǎn)品要求，如該行業(yè)標準制定的目的是通過制定統(tǒng)一的接口方式和技術(shù)要求，使不同型號的移動通信終端可以使用同一規(guī)格的電源適配器，且要求設備的最大電流不超過1500 mA，但是目前許多快充適配器的電流都可以達到2 A 及以上，此行業(yè)標準顯然已經(jīng)不適用于諸多采用快充技術(shù)的產(chǎn)品了。

3 快速充電技術(shù)發(fā)展

目前，主流的快速充電技術(shù)主要包括：一是直接提高適配器的輸出電流，使用這種技術(shù)的代表廠商為OPPO，在適配器輸出電壓為5 V 的情況下，最大輸出電流可以達到5 A，進而實現(xiàn)快速充電，這種技術(shù)把各恒流、恒壓、溫度檢測電路及各類保護電路都設計在適配器中，需要定制各種特色元件，如果使用普通的USB 充電線，則無法達到快速充電的效果。二是提高適配器的輸出電壓，在設備內(nèi)部轉(zhuǎn)換為大的輸出電流，進而提高充電電流。目前，支持這一技術(shù)的芯片廠家主要有兩家，一是聯(lián)發(fā)科 (MTK)的Pump Express Plus，另一個是高通的Quick Charge技術(shù)。

聯(lián)發(fā)科將它的Pump Express 協(xié)議內(nèi)置于設備內(nèi)部的電源管理芯片中，通過協(xié)議，它允許適配器根據(jù)電流決定充電所需要的初始電壓，電源管理芯片通過USB 連接線將指令傳輸給適配器，適配器根據(jù)指令調(diào)整輸出電壓，MTK 現(xiàn)在的快充技術(shù)可以讓輸出的電壓最高到12 V。

高通的Quick Charge 技術(shù)主要是充電設備通過USB 連接線的D+/D-2 個端口傳遞電壓信號，只要適配器中含有可以解碼該電壓信號的芯片，就可以控制AC-DC 電源芯片使適配器輸出的充電所需要的電壓。該項技術(shù)的輸出電壓有5 V,9 V,12 V，最大的輸出電流為3 A。最新的Quick Charge3.0 允許電壓為3.6～12 V，按200 mV 的間距進行自動調(diào)節(jié)。

上面的2種適配器技術(shù)，不論是提高電流，還是提高電壓，都能自適應地輸出相應的電流和電壓，而現(xiàn)行的行業(yè)標準適用的對象還是有著固定輸出電壓（5 V），最大電流不大于1500 mA 的設備，用這種行標去檢測具有新技術(shù)的產(chǎn)品，已經(jīng)不能滿足要求。

4 現(xiàn)行標準與快充車載適配器測試方法研究

具有快充功能的適配器的使用，必然帶來測試方法的改變，本文針對行標YD/T 2306—2001，對車載適配器的測試項目和相應的測試方法進行了研究。車載適配器的安全可以從機械結(jié)構(gòu)、電氣性能、電氣安全及電磁兼容4 個方面進行考慮。

4.1 機械結(jié)構(gòu)測試

車載適配器的機械結(jié)構(gòu)主要分為與點煙器插座連接部分及與輸出電能的USB 接口部分，由于這2部分在連接設備時都需要插拔，因此，需要進行2種接口的插拔力試驗及接口的插拔壽命試驗，相應的測試要求可參照現(xiàn)行的行業(yè)標準。

4.2 電氣性能測試

車載適配器的電氣性能主要包括輸入電壓范圍、輸出電壓、輸出電流、輸出紋波、短路電流、電流倒灌、無負載能量消耗、電源適配器效率、耐電源極性反接?，F(xiàn)行標準規(guī)定采用阻性電阻作為負載進行試驗，輸出電流為500～1500 mA，輸出電壓為4.75～5.25 V 的條件下測得的數(shù)據(jù)作為判定的依據(jù)； 但現(xiàn)行的技術(shù)可以允許的最大電流遠超出行業(yè)標準的限定值，同時輸出電壓也不僅僅固定在5 V，而是下至3.6 V，上至12 V，所以，在測試設備的電氣性能時需要考慮到新技術(shù)帶來的新情況。

4.3 電氣安全測試

適配器的電氣安全目前主要采用的項目包括機械強度、絕緣耐壓、絕緣電阻、過電壓強度、外殼表面溫度、輸入過電流保護、外殼阻燃性。

4.3.1 適配器標識內(nèi)容需完善

在標識適配器的技術(shù)參數(shù)時，現(xiàn)行標準僅要求標識出輸入、輸出的額定電壓及電流值，這一要求對僅有一個輸出口的設備能滿足標識的要求，但是對有幾個USB 輸出口的設備，標準的要求就不適用了。對于具有多個USB 接口的適配器能輸出的最大電流通常不是所有USB 最大輸出電流之和。同時，在設計車載適配器時并不是總的最大輸出電流越大越好，因為電流越大，發(fā)熱的情況也越嚴重，且標準規(guī)定了器具外殼的溫升不能超過某一限值。因此，對具有多個輸出口的車載快速充電適配器應限定最大的輸出電流，其產(chǎn)品標識不僅需要一個總的額定（最大）輸出電流，還需要對每個輸出口的額定（最大）輸出電流進行標識；對于有幾個等級電壓輸出器具，還需要標出對應電壓下的額定（最大）的輸出電流。

4.3.2 適配器溫升測試方法需改進

車載適配器的工作原理是將車用電池13 V 左右的電壓通過器具轉(zhuǎn)換成目標電壓和電流，因在轉(zhuǎn)換期間，器具需要消耗一定的功率，這一部分功率就轉(zhuǎn)化為熱量，通過適配器散發(fā)出去，轉(zhuǎn)換效率越低，產(chǎn)生的熱量也就越大?，F(xiàn)行行標對外殼溫升要求是在室溫下，工作電壓為14 V，并在車載直流電源適配器的參考輸出電流下進行測試，該試驗要求對只有1 個輸出電壓產(chǎn)品，輸出電流越大，產(chǎn)品產(chǎn)生的熱量也就越大，標準的測試方法能滿足要求；但對目前新型產(chǎn)品依照標準進行溫升測試時，采用標準要求的阻性負載，輸出電壓僅為5 V，雖然將電流調(diào)至最大，但這一狀態(tài)下有可能并不是適配器轉(zhuǎn)換效率最低的一個狀態(tài)，因此，測出的外殼溫升也不一定是最大的。在對溫升試驗的探索過程中，采用了一個誘騙工裝，使適配器工作在指定輸出電壓的狀態(tài)下工作，并在該條件下的最大輸出電流情況下計算各代表性輸出電壓時的轉(zhuǎn)換效率，在最小轉(zhuǎn)換效率的情況下進行溫升測試，測得的溫升值有相當一部分的值比輸出電壓為5 V 狀態(tài)下的溫升值高。

4.3.3 增加電氣間隙測試項目

由于快充適配器采用了高集成度的電路，PCB板上的電子元件比較密集，元件之間的爬電距離或電氣間隙都比較小，當設備內(nèi)部產(chǎn)生過電壓時，有些元件的絕緣或電氣間隙、爬電距離不夠，導致器具擊穿，起火燃燒；同時，在測試中發(fā)現(xiàn)有些設備的正極彈片和負極彈片之間的電氣間隙相對比較小，而車在行駛過程中振動又比較大，極有可能導致正極和負極發(fā)生短路，導致汽車電路保護，因此，測試時需要考慮正負極之間的電氣間隙，以及輸入端的過電流保護裝置有效性，以免電流過大導致汽車電路受到影響。

4.3.4 增加燃燒測試項目

由于適配器在車內(nèi)使用，而車內(nèi)的裝飾品一般都是易燃品，因此，車載適配器需要嚴格的安全防火要求，需要對試樣進行兩次燃燒，第1 次燃燒30 s后，間隔60 s 再次在同一位置進行燃燒，在試驗期間，當試驗火焰第2 次施加后，樣品后續(xù)燃燒不得超過1 min，而且樣品不得完全燒盡。一般塑料加入適量的阻燃劑時，不容易點燃，或者燃料在離開試樣離開火焰后很快就自行熄滅，但是這些添加了阻燃劑的材料成本比未添加阻燃劑的塑料成本要高，在對在多批次的車載適配器的外殼材料試驗時，有相當一部分產(chǎn)品的外殼在做燃燒試驗時被點燃，燃燒時間超過了1 min，直至燒盡。如果這些產(chǎn)品在使用過程中不小心引燃，必然給車主帶來極大的損失，甚至危及到生命。

4.4 電磁兼容測試

車載適配器由于使用在車內(nèi)，為了避免車載適配器使用過程中的電磁干擾影響到汽車內(nèi)部的電子線路，車載適配器產(chǎn)品需要進行輻射連續(xù)騷擾、瞬態(tài)傳導騷擾，靜電放電抗擾度，瞬變與浪涌抗擾度（車載環(huán)境）這些電磁兼容的試驗。在輻射連續(xù)騷擾及瞬態(tài)傳導騷擾這兩部分測試中，同樣需要器具在最大功率的狀態(tài)下進行測試，如果采用阻性負載的話，器具不能達到最大功率，因此，對試驗負載的要求需要重新考慮，現(xiàn)行標準測試方法與車載快速充電技術(shù)產(chǎn)生的矛盾詳見表1。

表1 現(xiàn)行標準測試方法與新技術(shù)的矛盾

從表1可知，行標測試方法與現(xiàn)行技術(shù)特點的主要矛盾是如何使車載適配器輸出目標電流及電壓，而常規(guī)的阻性負載只能得到輸出電壓為5 V，所以測試負載的選用就尤為重要。通過上文對現(xiàn)行技術(shù)特點的研究，適配器可以通過外部的指令對輸出電壓進行調(diào)整，然后再通過可調(diào)阻性負載實現(xiàn)在該電壓級別的電流調(diào)節(jié)，確認輸出功率，因此，一個具有能發(fā)出調(diào)壓指令的裝置可以很好地解決標準與現(xiàn)行技術(shù)的測試矛盾。

5 結(jié)語

車載快速充電適配器隨著芯片技術(shù)的發(fā)展和應用在近年來得到快速發(fā)展，而車載適配器由于使用在行駛中的車輛上，其安全性能的測試顯得尤為重要，因此，安全測試依據(jù)的標準亟待重新修訂。通過對YD/T 2306—2011 行業(yè)標準的測試方法與目前主流的適配器技術(shù)進行對比研究，指出現(xiàn)行標準與快充技術(shù)的主要矛盾是快充技術(shù)具有寬范圍的輸出電流與電壓。