负载对电源适配器电磁干扰性能影响研究

引言

电源适配器广泛使用在各个领域，对电源适配器的电磁兼容性能的要求会越来越严格。电源适配器电磁兼容性能不合格，就有可能在使用时导致周边电子设备无法正常工作。在国际标准CISPR 22和国标GB/T 9254中标准对EUT的工作状态进行了规定，规定EUT应按设计要求在额定(标称)工作电压范围内和典型的负载条件下运行。只要可能，应使用实际负载；如果使用模拟负载，该负载应能在射频特性和功能方面代表实际负载的要求。实际情况是实验室和企业在选择模拟负载时会有不同的选择。实验室测试电源适配器时，会面对不同厂家的不同电源适配器测试需求。面对较多的不同规格的电源适配器，使用滑动变阻器来调节电阻值是最方便的选择；而企业在测试电源适配器时，会针对自己生产的适配器规格使用对应阻值水泥电阻测试。以上不同负载对测试结果有影响，可能造成企业在已经摸底测试通过或添加电磁兼容措施情况下，还有可能在认证和抽检环节不合格。

针对不同负载电源适配器电磁兼容性能有影响，本文从负载阻抗因素角度研究对电源适配器的电磁干扰影响情况。

1 基本原理

电源适配器主要分为开关电源和线性电源。

开关电源是利用现代电子技术控制开关时间比并保持稳定输出电压的电源。开关电源一般由脉宽调制（PWM）控制IC和开关管组成。开关电源的优点是效率高，体积小，可在宽电压范围内工作，缺点是对电源电路的干扰大。

线性电源通过变压器、整流电路整流滤波器转换AC，以获得不稳定的直流电压，为了实现高精度直流电压，电源适配器必须通过电压反馈电路调节输出电压。线性电源的优点是电源技术成熟，电路简单，与开关电源相比无干扰和噪声。

在EMC测试中一般使用滑动变阻器、水泥负载、刹车电阻等阻性负载。这些阻性负载制造材料不同，负载阻抗特性有一定差异，即Z值分量有区别。真实负载，像显示器、手机等产品也会呈现特定的阻抗特性。

因线性电源对电磁干扰影响很小，本次主要分析不同的负载对开关电源适配器EMI的影响。

2 阻抗分析

电源测试中使用的负载，如滑动变阻器、水泥负载、刹车负载等，存在电抗寄生参数。不同的材料和制造技术会造成大小不同的寄生参数，可能影响电阻和电感量值的准确程度。

本次研究使用LCR测量仪（阻抗分析仪）在相同条件下对负载的阻抗特性进行测量。LCR 测量仪信号源部分产生测试信号，得到矢量阻抗，表示为Z=R+jX，最终将它们转换成所需要的参数，如Z、C、L、R、G、B 等。

LCR测试频率对阻抗结果有影响，参考适配器使用直流表确定匹配的额定模拟负载电阻值作为参照，此时LCR用1 kHz频率与直流表测得的模拟负载电阻值接近，因此本次阻抗测试用1 kHz作为测试频率。如图1测试结果显示不同负载随着阻抗Z变化，水泥负载感量分量变化最为明显，滑动变阻器和刹车电阻变化较小，其中滑动变阻器感量分量变化最小。

3 模拟负载研究

选取不同规格的电源适配器进行测试，分别配置行业内使用较多的模拟负载如滑动变阻器、水泥负载、刹车电阻等。为了测试结果具有可比性、复现性，测试依据GB/T 9254-2008相关要求进行。

经验及测试结果均表明，大部分适配器测试天线垂直极化下的辐射骚扰高于天线水平极化的辐射值，为简化研究本次辐射骚扰选取垂直极化数据进行比对分析。图2～5分别为适配器1搭配滑动变阻器、串联差模电感的滑阻、刹车电阻、水泥电阻负载测试曲线图。

从图2～5可以看出辐射骚扰项目，适配器1使用滑动变阻器测试结果最高，使用刹车电阻次之，使用水泥电阻最低。

图1 负载感量分布图

图2 适配器1搭配滑阻曲线图

图3 适配器1搭配串联差模电感的滑阻曲线图

图4 适配器1搭配刹车电阻曲线图

图5 适配器1搭配水泥电阻曲线图

综合不同适配器在搭配以上几种负载时，负载阻抗电感分量对适配器辐射骚扰会有一定的影响，质量较好的适配器测试结果无明显区别，而较敏感的适配器电磁干扰结果趋势基本一致，即对负载较敏感的适配器滑动变阻器电磁干扰测试结果较高，刹车电阻次之，水泥电阻较低。结合负载阻抗研究数据，负载感量分量大，较敏感适配器测试值相对较低；负载感量分量小，较敏感适配器测试值相对较高。作为验证感量是否是其中的影响因素，用滑阻串联差模电感模拟刹车电阻相近似的电感分量作为验证，发现较敏感的适配器测试结果会在一定程度上趋近刹车电阻或水泥电阻负载的测试值。

4 实物负载研究

为了验证适配器现实使用情况，选取较为典型的手机、充电宝作为适配器实物负载，对比不同模拟负载情况。由于手机等产品是DC-DC直流转换电路，随着集成度越来越高，一般采用有源器件DC/DC电源芯片实现机内直流电压转换，无法直接采用LCR测量仪直接测试。本次采用比对验证，即用直流电源、电源适配器、模拟电阻负载和手机、充电宝相互比对进行验证。

图6～9为适配器1搭配手机、直流电源搭配手机、适配器1搭配充电宝、直流电源搭配充电宝负载测试曲线图。

寻找搭配直流电源的测试值比搭配适配器测试值更低的实际负载可较容易分辨出适配器搭配实际负载的测试情况。图6、图8分别为手机、充电宝搭配适配器1的测试曲线图，对比测试曲线趋势与刹车电阻结果相似。进行更多的验证发现适配器搭配手机、充电宝等实物的测试结果与刹车电阻测试结果趋势一致的复现性较高。因此使用模拟负载测试时，如果选用刹车电阻可较合理反映搭配实际负载的测试情况。

图6 适配器1搭配手机曲线图

图7 直流电源搭配手机曲线图

图8 适配器1搭配充电宝

图9 直流电源搭配充电宝

5 研究总结

数据显示适配器配置不同负载对电磁干扰测试结果会有一定影响，这与适配器的设计和使用元器件有关。有些适配器测量结果差异较小，此时搭配不同负载测量结果差异不明显；一些对负载较敏感适配器测量结果差异较明显，总体趋势是滑阻在大多数情况下测量结果比刹车电阻、水泥电阻和实物负载更严酷。实验室为规避风险在企业未能提供EUT典型实物负载的前提下，选用刹车负载作为模拟负载，更能客观反映电源适配器搭配大多数负载时的电磁干扰特性。在企业为保证产品的高质量特性有意加严测试时，可选择滑阻作为模拟负载，即搭配滑阻检测结果合格时，可保证产品在搭配其他负载的绝大多数情况下测量结果也满足要求。

6 结语

电源适配器作为信息技术设备、电信终端设备和音视频设备的电能转换设备，与日常生活息息相关。尽管适配器企业已经做过相关认证，但相较于其他产品电源适配器在国家监督抽查和省监督抽查中合格率都不算很高；手机等产品的电磁骚扰不合格的原因之一就是所使用的适配器在认证时企业或各个实验室之间选择的模拟负载不同，造成检测结果有一定出入而引起的。本文仅从负载阻抗角度尝试分析对电磁干扰的影响，通过以上研究能为实验室检测电源适配器产品保证EMI检测数据一致性提供一种思路。