負載對電源適配器電磁干擾性能影響研究

鐘華彧

（福建省產品質量檢驗研究院，福州 350002）

引言

電源適配器廣泛使用在各個領域，對電源適配器的電磁兼容性能的要求會越來越嚴格。電源適配器電磁兼容性能不合格，就有可能在使用時導致周邊電子設備無法正常工作。在國際標準CISPR 22和國標GB/T 9254中標準對EUT的工作狀態進行了規定，規定EUT應按設計要求在額定(標稱)工作電壓范圍內和典型的負載條件下運行。只要可能，應使用實際負載；如果使用模擬負載，該負載應能在射頻特性和功能方面代表實際負載的要求。實際情況是實驗室和企業在選擇模擬負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。面對較多的不同規格的電源適配器，使用滑動變阻器來調節電阻值是最方便的選擇；而企業在測試電源適配器時，會針對自己生產的適配器規格使用對應阻值水泥電阻測試。以上不同負載對測試結果有影響，可能造成企業在已經摸底測試通過或添加電磁兼容措施情況下，還有可能在認證和抽檢環節不合格。

針對不同負載電源適配器電磁兼容性能有影響，本文從負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電源和線性電源。

開關電源是利用現代電子技術控制開關時間比并保持穩定輸出電壓的電源。開關電源一般由脈寬調制（PWM）控制IC和開關管組成。開關電源的優點是效率高，體積小，可在寬電壓范圍內工作，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換AC，以獲得不穩定的直流電壓，為了實現高精度直流電壓，電源適配器必須通過電壓反饋電路調節輸出電壓。線性電源的優點是電源技術成熟，電路簡單，與開關電源相比無干擾和噪聲。

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

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

2 阻抗分析

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

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

LCR測試頻率對阻抗結果有影響，參考適配器使用直流表確定匹配的額定模擬負載電阻值作為參照，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測試結果顯示不同負載隨著阻抗Z變化，水泥負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 模擬負載研究

選取不同規格的電源適配器進行測試，分別配置行業內使用較多的模擬負載如滑動變阻器、水泥負載、剎車電阻等。為了測試結果具有可比性、復現性，測試依據GB/T 9254-2008相關要求進行。

經驗及測試結果均表明，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據進行比對分析。圖2～5分別為適配器1搭配滑動變阻器、串聯差模電感的滑阻、剎車電阻、水泥電阻負載測試曲線圖。

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果最高，使用剎車電阻次之，使用水泥電阻最低。

圖1 負載感量分布圖

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載時，負載阻抗電感分量對適配器輻射騷擾會有一定的影響，質量較好的適配器測試結果無明顯區別，而較敏感的適配器電磁干擾結果趨勢基本一致，即對負載較敏感的適配器滑動變阻器電磁干擾測試結果較高，剎車電阻次之，水泥電阻較低。結合負載阻抗研究數據，負載感量分量大，較敏感適配器測試值相對較低；負載感量分量小，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，用滑阻串聯差模電感模擬剎車電阻相近似的電感分量作為驗證，發現較敏感的適配器測試結果會在一定程度上趨近剎車電阻或水泥電阻負載的測試值。

4 實物負載研究

為了驗證適配器現實使用情況，選取較為典型的手機、充電寶作為適配器實物負載，對比不同模擬負載情況。由于手機等產品是DC-DC直流轉換電路，隨著集成度越來越高，一般采用有源器件DC/DC電源芯片實現機內直流電壓轉換，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、模擬電阻負載和手機、充電寶相互比對進行驗證。

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載可較容易分辨出適配器搭配實際負載的測試情況。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果相似。進行更多的驗證發現適配器搭配手機、充電寶等實物的測試結果與剎車電阻測試結果趨勢一致的復現性較高。因此使用模擬負載測試時，如果選用剎車電阻可較合理反映搭配實際負載的測試情況。

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

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

6 結語

電源適配器作為信息技術設備、電信終端設備和音視頻設備的電能轉換設備，與日常生活息息相關。盡管適配器企業已經做過相關認證，但相較于其他產品電源適配器在國家監督抽查和省監督抽查中合格率都不算很高；手機等產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證時企業或各個實驗室之間選擇的模擬負載不同，造成檢測結果有一定出入而引起的。本文僅從負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品保證EMI檢測數據一致性提供一種思路。