負(fù)載對電源適配器電磁干擾性能影響研究

鐘華彧

（福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，福州 350002）

引言

電源適配器廣泛使用在各個領(lǐng)域，對電源適配器的電磁兼容性能的要求會越來越嚴(yán)格。電源適配器電磁兼容性能不合格，就有可能在使用時導(dǎo)致周邊電子設(shè)備無法正常工作。在國際標(biāo)準(zhǔn)CISPR 22和國標(biāo)GB/T 9254中標(biāo)準(zhǔn)對EUT的工作狀態(tài)進(jìn)行了規(guī)定，規(guī)定EUT應(yīng)按設(shè)計要求在額定(標(biāo)稱)工作電壓范圍內(nèi)和典型的負(fù)載條件下運行。只要可能，應(yīng)使用實際負(fù)載；如果使用模擬負(fù)載，該負(fù)載應(yīng)能在射頻特性和功能方面代表實際負(fù)載的要求。實際情況是實驗室和企業(yè)在選擇模擬負(fù)載時會有不同的選擇。實驗室測試電源適配器時，會面對不同廠家的不同電源適配器測試需求。面對較多的不同規(guī)格的電源適配器，使用滑動變阻器來調(diào)節(jié)電阻值是最方便的選擇；而企業(yè)在測試電源適配器時，會針對自己生產(chǎn)的適配器規(guī)格使用對應(yīng)阻值水泥電阻測試。以上不同負(fù)載對測試結(jié)果有影響，可能造成企業(yè)在已經(jīng)摸底測試通過或添加電磁兼容措施情況下，還有可能在認(rèn)證和抽檢環(huán)節(jié)不合格。

針對不同負(fù)載電源適配器電磁兼容性能有影響，本文從負(fù)載阻抗因素角度研究對電源適配器的電磁干擾影響情況。

1 基本原理

電源適配器主要分為開關(guān)電源和線性電源。

開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電子技術(shù)控制開關(guān)時間比并保持穩(wěn)定輸出電壓的電源。開關(guān)電源一般由脈寬調(diào)制（PWM）控制IC和開關(guān)管組成。開關(guān)電源的優(yōu)點是效率高，體積小，可在寬電壓范圍內(nèi)工作，缺點是對電源電路的干擾大。

線性電源通過變壓器、整流電路整流濾波器轉(zhuǎn)換AC，以獲得不穩(wěn)定的直流電壓，為了實現(xiàn)高精度直流電壓，電源適配器必須通過電壓反饋電路調(diào)節(jié)輸出電壓。線性電源的優(yōu)點是電源技術(shù)成熟，電路簡單，與開關(guān)電源相比無干擾和噪聲。

在EMC測試中一般使用滑動變阻器、水泥負(fù)載、剎車電阻等阻性負(fù)載。這些阻性負(fù)載制造材料不同，負(fù)載阻抗特性有一定差異，即Z值分量有區(qū)別。真實負(fù)載，像顯示器、手機等產(chǎn)品也會呈現(xiàn)特定的阻抗特性。

因線性電源對電磁干擾影響很小，本次主要分析不同的負(fù)載對開關(guān)電源適配器EMI的影響。

2 阻抗分析

電源測試中使用的負(fù)載，如滑動變阻器、水泥負(fù)載、剎車負(fù)載等，存在電抗寄生參數(shù)。不同的材料和制造技術(shù)會造成大小不同的寄生參數(shù)，可能影響電阻和電感量值的準(zhǔn)確程度。

本次研究使用LCR測量儀（阻抗分析儀）在相同條件下對負(fù)載的阻抗特性進(jìn)行測量。LCR 測量儀信號源部分產(chǎn)生測試信號，得到矢量阻抗，表示為Z=R+jX，最終將它們轉(zhuǎn)換成所需要的參數(shù)，如Z、C、L、R、G、B 等。

LCR測試頻率對阻抗結(jié)果有影響，參考適配器使用直流表確定匹配的額定模擬負(fù)載電阻值作為參照，此時LCR用1 kHz頻率與直流表測得的模擬負(fù)載電阻值接近，因此本次阻抗測試用1 kHz作為測試頻率。如圖1測試結(jié)果顯示不同負(fù)載隨著阻抗Z變化，水泥負(fù)載感量分量變化最為明顯，滑動變阻器和剎車電阻變化較小，其中滑動變阻器感量分量變化最小。

3 模擬負(fù)載研究

選取不同規(guī)格的電源適配器進(jìn)行測試，分別配置行業(yè)內(nèi)使用較多的模擬負(fù)載如滑動變阻器、水泥負(fù)載、剎車電阻等。為了測試結(jié)果具有可比性、復(fù)現(xiàn)性，測試依據(jù)GB/T 9254-2008相關(guān)要求進(jìn)行。

經(jīng)驗及測試結(jié)果均表明，大部分適配器測試天線垂直極化下的輻射騷擾高于天線水平極化的輻射值，為簡化研究本次輻射騷擾選取垂直極化數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析。圖2～5分別為適配器1搭配滑動變阻器、串聯(lián)差模電感的滑阻、剎車電阻、水泥電阻負(fù)載測試曲線圖。

從圖2～5可以看出輻射騷擾項目，適配器1使用滑動變阻器測試結(jié)果最高，使用剎車電阻次之，使用水泥電阻最低。

圖1 負(fù)載感量分布圖

圖2 適配器1搭配滑阻曲線圖

圖3 適配器1搭配串聯(lián)差模電感的滑阻曲線圖

圖4 適配器1搭配剎車電阻曲線圖

圖5 適配器1搭配水泥電阻曲線圖

綜合不同適配器在搭配以上幾種負(fù)載時，負(fù)載阻抗電感分量對適配器輻射騷擾會有一定的影響，質(zhì)量較好的適配器測試結(jié)果無明顯區(qū)別，而較敏感的適配器電磁干擾結(jié)果趨勢基本一致，即對負(fù)載較敏感的適配器滑動變阻器電磁干擾測試結(jié)果較高，剎車電阻次之，水泥電阻較低。結(jié)合負(fù)載阻抗研究數(shù)據(jù)，負(fù)載感量分量大，較敏感適配器測試值相對較低；負(fù)載感量分量小，較敏感適配器測試值相對較高。作為驗證感量是否是其中的影響因素，用滑阻串聯(lián)差模電感模擬剎車電阻相近似的電感分量作為驗證，發(fā)現(xiàn)較敏感的適配器測試結(jié)果會在一定程度上趨近剎車電阻或水泥電阻負(fù)載的測試值。

4 實物負(fù)載研究

為了驗證適配器現(xiàn)實使用情況，選取較為典型的手機、充電寶作為適配器實物負(fù)載，對比不同模擬負(fù)載情況。由于手機等產(chǎn)品是DC-DC直流轉(zhuǎn)換電路，隨著集成度越來越高，一般采用有源器件DC/DC電源芯片實現(xiàn)機內(nèi)直流電壓轉(zhuǎn)換，無法直接采用LCR測量儀直接測試。本次采用比對驗證，即用直流電源、電源適配器、模擬電阻負(fù)載和手機、充電寶相互比對進(jìn)行驗證。

圖6～9為適配器1搭配手機、直流電源搭配手機、適配器1搭配充電寶、直流電源搭配充電寶負(fù)載測試曲線圖。

尋找搭配直流電源的測試值比搭配適配器測試值更低的實際負(fù)載可較容易分辨出適配器搭配實際負(fù)載的測試情況。圖6、圖8分別為手機、充電寶搭配適配器1的測試曲線圖，對比測試曲線趨勢與剎車電阻結(jié)果相似。進(jìn)行更多的驗證發(fā)現(xiàn)適配器搭配手機、充電寶等實物的測試結(jié)果與剎車電阻測試結(jié)果趨勢一致的復(fù)現(xiàn)性較高。因此使用模擬負(fù)載測試時，如果選用剎車電阻可較合理反映搭配實際負(fù)載的測試情況。

圖6 適配器1搭配手機曲線圖

圖7 直流電源搭配手機曲線圖

圖8 適配器1搭配充電寶

圖9 直流電源搭配充電寶

5 研究總結(jié)

數(shù)據(jù)顯示適配器配置不同負(fù)載對電磁干擾測試結(jié)果會有一定影響，這與適配器的設(shè)計和使用元器件有關(guān)。有些適配器測量結(jié)果差異較小，此時搭配不同負(fù)載測量結(jié)果差異不明顯；一些對負(fù)載較敏感適配器測量結(jié)果差異較明顯，總體趨勢是滑阻在大多數(shù)情況下測量結(jié)果比剎車電阻、水泥電阻和實物負(fù)載更嚴(yán)酷。實驗室為規(guī)避風(fēng)險在企業(yè)未能提供EUT典型實物負(fù)載的前提下，選用剎車負(fù)載作為模擬負(fù)載，更能客觀反映電源適配器搭配大多數(shù)負(fù)載時的電磁干擾特性。在企業(yè)為保證產(chǎn)品的高質(zhì)量特性有意加嚴(yán)測試時，可選擇滑阻作為模擬負(fù)載，即搭配滑阻檢測結(jié)果合格時，可保證產(chǎn)品在搭配其他負(fù)載的絕大多數(shù)情況下測量結(jié)果也滿足要求。

6 結(jié)語

電源適配器作為信息技術(shù)設(shè)備、電信終端設(shè)備和音視頻設(shè)備的電能轉(zhuǎn)換設(shè)備，與日常生活息息相關(guān)。盡管適配器企業(yè)已經(jīng)做過相關(guān)認(rèn)證，但相較于其他產(chǎn)品電源適配器在國家監(jiān)督抽查和省監(jiān)督抽查中合格率都不算很高；手機等產(chǎn)品的電磁騷擾不合格的原因之一就是所使用的適配器在認(rèn)證時企業(yè)或各個實驗室之間選擇的模擬負(fù)載不同，造成檢測結(jié)果有一定出入而引起的。本文僅從負(fù)載阻抗角度嘗試分析對電磁干擾的影響，通過以上研究能為實驗室檢測電源適配器產(chǎn)品保證EMI檢測數(shù)據(jù)一致性提供一種思路。