氮化镓适配器的效率、功率和温度的试验研究.pdf
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1、捍 卫 生 活 品 质 推 动 产 业 升 级交流与探讨116轻工标准与质量2023 年第 4 期氮化镓适配器的效率、功率和温度的试验研究周明达1 徐新1 徐忻2 姚青梅1 袁晓曦1 张扬1(1.中家院(北京)检测认证有限公司,北京 100176;2.北京中轻联认证中心有限公司,北京 100833)摘要:通过对氮化镓适配器进行工作转换效率的试验,发现在 230 V 电压段时转化率高达 89.55;进行空载下有功功率的试验,发现空载功率最高达到 0.22 W;进行温升试验,发现在 264 V 电压段时最高温度达到64.7;试验结果表明氮化镓适配器因使用高度集成化元器件和缩小产品体积影响了效率、功
2、率和温度。关键词:氮化镓适配器;功率;效率;温度中图分类号:TN710 文献标志码:A DOI:10.19541/ki.issn 1004-4108.2023.04.030传统的普通适配器的基础材料是硅,硅是电子行业中非常重要的材料。但是硅的研发已经到达了极致,其现有的能力已经无法满足当代科学进步的发展。并且随着电子产品输入功率越来越大,适配器也跟着体积越做越大,发热情况也愈发严重。体积大的适配器使人们携带起来非常的不方便,适配器发热严重也会带来安全隐患,随着适配器技术的发展,消费电子领域出现了效率更高、体积更小、功率更大的氮化镓(GaN)适配器。氮化镓适配器因采用独特纳微GaNFast芯片,
3、使其缩小了体积,增大了功率从而受到市场的青睐。由于氮化镓适配器具有开关频率高、禁带宽度大和更低的导通电阻等性能特点,氮化镓适配器实现了更小的电气体积、更高的电气负荷和更低的电气损耗。为了探究氮化镓适配器发热、工作效率和待机功率等方面是否比普通适配器表现更好,进行了如下试验。分别拿了三款适配器作为样机,1 号样机为最大输出功率为 65 W 的氮化镓快充适配器,2 号样机为最大输出功率为 65 W 的普通快充适配器,3 号样机为最大输出功率为 65 W 的普通快充适配器来进行 GB 20943-2013单路输出式交流-直流和交流-交流外部电源能效限定值及节能评价值中的第 3.5 条工作效率和第 3
4、.6 条平均效率的条款的试验1。(本次所测试的产品虽然均有多种快充协议及规格,但是为了方便比较,能效测试数据均采用电源适配器输出规格为20 VDC、3.25 A、65 W 的状态下进行测试)下面将对氮化镓适配器的效率、功率和发热三个点进行阐述。1 测试前的准备测试前,待测产品应依照其标称输出持续工作 30 min 进行预热。每个待测试产品只允许进行一次时间为 30 min 的预热过程。2 工作效率 工作效率是指产品达到稳定工作状态时,实际输出功率与实际输入有功功率之比。调节测试负载,使待测试产品的输出电流达到额定电流的 X%,并持续稳定。在此状态下,分别获取待测产品交流输入端的输入有功功率 P
5、IX,单位为 W 和交流或直流输出端的输出有功功率 POX,单位为 W,按式(1)计算此种工作状态下的工作效率 X:(1)测试时分别测试输出电流为额定输出电流的 100%、75%、50%、25%(误差为 1%)时,待测产品交流输入端的输入有功功率(PIX)和输出端的输出有功功率(POX),并计算算术平均效率1。(产品在满足额定输出电流的 100%、75%、50%和 25%四种电流强度的工作状态下的工作效率的平均值。)下面是受试设备在 115 V、60 Hz 和 230 V、50 Hz交流输入的情况下分别进行了转换效率测试,测试结果如表1、表 2 所示。由图 1 可知,1 号的氮化镓快充适配器在
6、 115 V、60 Hz条件下略逊色于 2 号普通快充适配器,但是在 230 V、50 Hz条件下却完胜其他两款普通快充适配器。230 V 电压段正是我国国家电网最常出现的电压,所以相比普通快充适配器,氮捍 卫 生 活 品 质 推 动 产 业 升 级交流与探讨117轻工标准与质量2023 年第 4 期化镓快充适配器转换效率在快充适配器中表现良好。3 空载功率为了探究氮化镓适配器和普通适配器未加载状态下的空载功率1,进行试验,试验结果如表 3 所示。由图 2 可知,1 号品牌氮化镓适配器在 230 V、50 Hz的空载功率为 0.22 W。115 V、60 Hz 时的空载功率为 0.19 W。2
7、 号品牌普通适配器在 230 V、50 Hz 的空载功率为0.084 W。115 V、60 Hz 时的空载功率为 0.024 W。3 号品牌普通适配器在 230 V、50 Hz 的空载功率为0.036 W。表 1 三个样机的转换效率测试表(电压/频率:115 V /60 Hz)输出电流项目输入有功功率 PIX(W)输出电压UOX(V)输出有功功率 POX(W)工作效率X1号100%In(A)71.9519.4763.3288.01%75%In(A)53.6519.5847.7488.99%50%In(A)35.6619.6932.0289.79%25%In(A)17.9719.8916.098
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