鐘華彧

（福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，福州 350002）

引言

電源適配器廣泛使用在各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)電源適配器的電磁兼容性能的要求會(huì)越來(lái)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(shí)導(dǎo)致周邊電子設(shè)備無(wú)法正常工作。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)CISPR 22和國(guó)標(biāo)GB/T 9254中標(biāo)準(zhǔn)對(duì)EUT的工作狀態(tài)進(jìn)行了規(guī)定，規(guī)定EUT應(yīng)按設(shè)計(jì)要求在額定(標(biāo)稱(chēng))工作電壓范圍內(nèi)和典型的負(fù)載條件下運(yùn)行。只要可能，應(yīng)使用實(shí)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(shí)際負(fù)載的要求。實(shí)際情況是實(shí)驗(yàn)室和企業(yè)在選擇模擬負(fù)載時(shí)會(huì)有不同的選擇。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試電源適配器時(shí)，會(huì)面對(duì)不同廠家的不同電源適配器測(cè)試需求。面對(duì)較多的不同規(guī)格的電源適配器，使用滑動(dòng)變阻器來(lái)調(diào)節(jié)電阻值是最方便的選擇；而企業(yè)在測(cè)試電源適配器時(shí)，會(huì)針對(duì)自己生產(chǎn)的適配器規(guī)格使用對(duì)應(yīng)阻值水泥電阻測(cè)試。以上不同負(fù)載對(duì)測(cè)試結(jié)果有影響，可能造成企業(yè)在已經(jīng)摸底測(cè)試通過(guò)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(duì)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(duì)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(kāi)關(guān)電源和線性電源。

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

線性電源通過(guò)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(shí)現(xiàn)高精度直流電壓，電源適配器必須通過(guò)電壓反饋電路調(diào)節(jié)輸出電壓。線性電源的優(yōu)點(diǎn)是電源技術(shù)成熟，電路簡(jiǎn)單，與開(kāi)關(guān)電源相比無(wú)干擾和噪聲。

在EMC測(cè)試中一般使用滑動(dòng)變阻器、水泥負(fù)載、剎車(chē)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(shí)負(fù)載，像顯示器、手機(jī)等產(chǎn)品也會(huì)呈現(xiàn)特定的阻抗特性。

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

2 阻抗分析

電源測(cè)試中使用的負(fù)載，如滑動(dòng)變阻器、水泥負(fù)載、剎車(chē)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(huì)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(cè)量?jī)x（阻抗分析儀）在相同條件下對(duì)負(fù)載的阻抗特性進(jìn)行測(cè)量。LCR 測(cè)量?jī)x信號(hào)源部分產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)，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(cè)試頻率對(duì)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(shí)LCR用1 kHz頻率與直流表測(cè)得的模擬負(fù)載電阻值接近，因此本次阻抗測(cè)試用1 kHz作為測(cè)試頻率。如圖1測(cè)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(dòng)變阻器和剎車(chē)電阻變化較小，其中滑動(dòng)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(cè)試，分別配置行業(yè)內(nèi)使用較多的模擬負(fù)載如滑動(dòng)變阻器、水泥負(fù)載、剎車(chē)電阻等。為了測(cè)試結(jié)果具有可比性、復(fù)現(xiàn)性，測(cè)試依據(jù)GB/T 9254-2008相關(guān)要求進(jìn)行。

經(jīng)驗(yàn)及測(cè)試結(jié)果均表明，大部分適配器測(cè)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(jiǎn)化研究本次輻射騷擾選取垂直極化數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析。圖2～5分別為適配器1搭配滑動(dòng)變阻器、串聯(lián)差模電感的滑阻、剎車(chē)電阻、水泥電阻負(fù)載測(cè)試曲線圖。

從圖2～5可以看出輻射騷擾項(xiàng)目，適配器1使用滑動(dòng)變阻器測(cè)試結(jié)果最高，使用剎車(chē)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(chē)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(shí)，負(fù)載阻抗電感分量對(duì)適配器輻射騷擾會(huì)有一定的影響，質(zhì)量較好的適配器測(cè)試結(jié)果無(wú)明顯區(qū)別，而較敏感的適配器電磁干擾結(jié)果趨勢(shì)基本一致，即對(duì)負(fù)載較敏感的適配器滑動(dòng)變阻器電磁干擾測(cè)試結(jié)果較高，剎車(chē)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(cè)試值相對(duì)較低；負(fù)載感量分量小，較敏感適配器測(cè)試值相對(duì)較高。作為驗(yàn)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(chē)電阻相近似的電感分量作為驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)較敏感的適配器測(cè)試結(jié)果會(huì)在一定程度上趨近剎車(chē)電阻或水泥電阻負(fù)載的測(cè)試值。

4 實(shí)物負(fù)載研究

為了驗(yàn)證適配器現(xiàn)實(shí)使用情況，選取較為典型的手機(jī)、充電寶作為適配器實(shí)物負(fù)載，對(duì)比不同模擬負(fù)載情況。由于手機(jī)等產(chǎn)品是DC-DC直流轉(zhuǎn)換電路，隨著集成度越來(lái)越高，一般采用有源器件DC/DC電源芯片實(shí)現(xiàn)機(jī)內(nèi)直流電壓轉(zhuǎn)換，無(wú)法直接采用LCR測(cè)量?jī)x直接測(cè)試。本次采用比對(duì)驗(yàn)證，即用直流電源、電源適配器、模擬電阻負(fù)載和手機(jī)、充電寶相互比對(duì)進(jìn)行驗(yàn)證。

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

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

圖6 適配器1搭配手機(jī)曲線圖

圖7 直流電源搭配手機(jī)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(duì)電磁干擾測(cè)試結(jié)果會(huì)有一定影響，這與適配器的設(shè)計(jì)和使用元器件有關(guān)。有些適配器測(cè)量結(jié)果差異較小，此時(shí)搭配不同負(fù)載測(cè)量結(jié)果差異不明顯；一些對(duì)負(fù)載較敏感適配器測(cè)量結(jié)果差異較明顯，總體趨勢(shì)是滑阻在大多數(shù)情況下測(cè)量結(jié)果比剎車(chē)電阻、水泥電阻和實(shí)物負(fù)載更嚴(yán)酷。實(shí)驗(yàn)室為規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)在企業(yè)未能提供EUT典型實(shí)物負(fù)載的前提下，選用剎車(chē)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(shí)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(cè)試時(shí)，可選擇滑阻作為模擬負(fù)載，即搭配滑阻檢測(cè)結(jié)果合格時(shí)，可保證產(chǎn)品在搭配其他負(fù)載的絕大多數(shù)情況下測(cè)量結(jié)果也滿足要求。

6 結(jié)語(yǔ)

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(guò)相關(guān)認(rèn)證，但相較于其他產(chǎn)品電源適配器在國(guó)家監(jiān)督抽查和省監(jiān)督抽查中合格率都不算很高；手機(jī)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(shí)企業(yè)或各個(gè)實(shí)驗(yàn)室之間選擇的模擬負(fù)載不同，造成檢測(cè)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(duì)電磁干擾的影響，通過(guò)以上研究能為實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)電源適配器產(chǎn)品保證EMI檢測(cè)數(shù)據(jù)一致性提供一種思路。