前言

这个科普其实是一个系列,讲一讲关于充电器测试的那些事儿。

经常关注充电头网的朋友相信对文章中的测试内容都已经很熟悉了,单单充电器来讲,就有兼容性测试、多口同时输出测试、充电全程测试、待机功耗测试、转换效率测试、纹波测试以及温度测试等等,后面还会增加漏电流测试。

今天就来详细的聊聊其中一项,如何测试充电器的纹波。

纹波是什么?

以手机充电为例,手机充电的过程中,电力是从插座经由充电器转换成低压直流电,通过线材传输,最终到达手机的电池。这其中,手机接收的电力是直流电,而插座的电力是交流电。可以简单的将充电器的作用理解为将插座中的交流电转换为手机能接受的直流电。

在交流降压后,整流滤波成为直流输出的时候,使用固态电容或是电解电容滤波,通过电容的充放电,平滑输出电压,起到滤波的作用。但电容存在内阻,次级整流输出的电流,在电容内阻上产生压降,叠加到电容电压上,产生交流的成分。这时候的电压峰值是随周期上下轻微波动的,所以称之为纹波。

纹波过大会影响到半导体设备的正常工作,造成触屏飘屏,自动点击及其他干扰等,严重时甚至会损坏设备,所以说纹波水平也是一个衡量充电器输出品质的重要指标,通过测试充电器的输出纹波,也可以了解充电器的设计水平以及用料品质,帮助我们选择可靠的充电器。

测试纹波需要有哪些设备

既然谈到测试了,就不得不提到充电头网的实验室了。目前充电头网所有的测试数据全部来自于充电头网实验室。

这是充电头网实验室的一角,充电器的纹波测试就是在这里完成的。目前想要完成充电器的纹波测试需要准备一些硬件设备。除了充电器外,还需要准备电源仪器、负载仪器以及示波器。

这是一台电源仪器,也可以将它理解为家里用的插座。和常规的插座不同的是,这台电源仪器可以输出不同电压以及不同频率,这样可以为充电器提供不同的测试环境。比如可以将电源调整至220V/50Hz输出,这样可以模拟充电器在220V市电下的使用;还可以将电源调整至110V或者90V输出,可以为充电器提供90V和110V的输出。

这是一台负载仪器,或者说用电设备。如果听不懂的话可以这么说,日常我们使用的手机笔记本电脑都是用电设备,区别在于手机笔记本电脑充电时的功率不是持续稳定的,而负载仪器的作用就是可以保证长时间、稳定的功率消耗,模拟充电器大功率输出状态。充电头网实验室的这台负载仪器支持最高150W的负载功率。

除此之外还有示波器,示波器通过内部的高速ADC采集输入的电压信息,处理放大到屏幕显示,并以波形和数字示数的形式将充电器的纹波数据最终呈现在我们面前。

最后,还需要有POWER-Z测试仪,这台测试仪就不用多介绍了,也是老朋友了,主要用来控制充电器的输出电压值。

如何测试纹波数据

要想测试纹波,电源、负载、POWER-Z测试仪、示波器都要具备。分别将电源、负载以及示波器接电,没错,电源也是需要接220V电压的。

将电源调整至110V 60Hz输出,模拟110V的市电环境。

准备好后就可以将充电器插在电源的输出接口上面了。

随后将POWER-Z测试仪连接到充电器的USB-C接口上面,并打开诱骗界面。此时已经读取到了充电器的PDO报文,此次测试的是一款65W的充电器。

负载自带正负极两个接线柱,接上两根自带夹爪的线材用于连接充电器。

再将一根5A C2C快充线剪开,将另一端的正负极分出来,分别连接两根线的正负极。注意,连接后需要使用电工胶布包裹,避免短路。

此时C2C线材的一端已经接到了负载仪上面,将另一端插在POWER-Z测试仪。

此时POWER-Z测试仪将充电器诱骗为5V输出,按下POWER-Z测试仪顶部右侧的按键调整至20V输出。

最后是示波器,将示波器的表笔接在负载仪的接线柱上面。此时一套测试充电器纹波的场景就已经搭建好了。

充电头网测试的充电器纹波主要分为重载和空载两个部分,空载部分就是测试充电器插在插座上不用时的纹波数值,重载就是充电器在工作为设备充电输出时的纹波数值。从负载测试仪的显示面板可以看出,此时充电器正处于5V输出档位,但没有电流,自然也就没有功率,所以此时为空载状态。

再来看示波器,从示波器中可以看到此时的纹波峰峰值为32mVp-p,这也就是充电器在5V空载状态时的纹波数据,需要说明的是示波器的纹波峰峰值是一直在一个范围变化的,所以需要取一个大致中间的值作为空载纹波的数据。

再来看此时使用POWER-Z测试仪将充电器的输出电压诱骗到5V。

点击数字3将电流调整至3A,点击Enter确认选择3A电流。

再次点击On/Off打开开关,此时充电器就会以5V3A 15W的功率持续输出。

在输出时使用示波器监测充电器的纹波,这就是最终充电器在以5V3A 15W的功率输出时的纹波数值。其他档位类似,这里就不再过多介绍了。

将测试的数据采集完毕,上图就是最终呈现出来的充电器空载时的纹波数据了。

这就是充电器在220V和110V市电输入下的重载纹波数据了。

充电头网总结

本次所介绍的纹波测试方式其实是充电器众多测试项目其中的一项,纹波数据可以从一定程度上反映出充电器的用料和设计水平。它可以看出充电器在直流输出时夹杂的交流成分,并以此来判断出充电器的质量。

此次的纹波测试是科普系列中的一个,后面还会介绍充电器的待机功耗、温度等等是如何测试的,感兴趣的朋友可以持续关注充电头网后续的推文。