车载快速充电适配器的安全与标准的研究

王成涛 张 辉 陈华平 徐蓓蓓 黄晓东 马菁菁 徐 嵘*

（1.深圳市检验检疫科学研究院 广东深圳 518033；2.深圳出入境检验检疫局工业品检测技术中心）

1 前言

随着轿车走进千家万户，以及各类电子产品的广泛应用，在汽车内实现电子产品的快速充电已经成为广大消费者的普遍需求，而随着芯片技术的发展应用，适配器快速充电技术得到飞速发展，市面上各类车载快速充电适配器为消费者提供了多种选择。在行业高速发展，市场呈现一派欣欣向荣的景象背后，却隐藏着安全隐患。据了解，市面上诸多车载适配器在内部结构、过电压强度、外壳阻燃及过电流保护等方面存在不合格现象，这些不合格产品，轻则导致适配器及汽车电路损坏，重则引起汽车着火燃烧，危及使用者的生命和财产安全。如何使车载快速充电适配器的产品品质和安全性能得到更好管控，已经成为亟待解决的问题。

2 标准现状

目前，我国尚未制定关于车载充电器的国家强制标准，车载适配器沿用的标准是由工信部颁布的YD/T 2306—2011《移动通信终端车载直流电源适配器及接口技术要求和测试方法》这一行业标准，由于不是强制性标准，有许多企业在制造产品的时候，往往会牺牲一些安全措施，以达到节省成本的目的而未严格执行这一标准；同时，也可以注意到该行业标准颁布的年份是2011年，而车载适配器技术近年来已经得到飞速发展，标准的相当一部分内容已经不适应现行的产品要求，如该行业标准制定的目的是通过制定统一的接口方式和技术要求，使不同型号的移动通信终端可以使用同一规格的电源适配器，且要求设备的最大电流不超过1500 mA，但是目前许多快充适配器的电流都可以达到2 A 及以上，此行业标准显然已经不适用于诸多采用快充技术的产品了。

3 快速充电技术发展

目前，主流的快速充电技术主要包括：一是直接提高适配器的输出电流，使用这种技术的代表厂商为OPPO，在适配器输出电压为5 V 的情况下，最大输出电流可以达到5 A，进而实现快速充电，这种技术把各恒流、恒压、温度检测电路及各类保护电路都设计在适配器中，需要定制各种特色元件，如果使用普通的USB 充电线，则无法达到快速充电的效果。二是提高适配器的输出电压，在设备内部转换为大的输出电流，进而提高充电电流。目前，支持这一技术的芯片厂家主要有两家，一是联发科 (MTK)的Pump Express Plus，另一个是高通的Quick Charge技术。

联发科将它的Pump Express 协议内置于设备内部的电源管理芯片中，通过协议，它允许适配器根据电流决定充电所需要的初始电压，电源管理芯片通过USB 连接线将指令传输给适配器，适配器根据指令调整输出电压，MTK 现在的快充技术可以让输出的电压最高到12 V。

高通的Quick Charge 技术主要是充电设备通过USB 连接线的D+/D-2 个端口传递电压信号，只要适配器中含有可以解码该电压信号的芯片，就可以控制AC-DC 电源芯片使适配器输出的充电所需要的电压。该项技术的输出电压有5 V,9 V,12 V，最大的输出电流为3 A。最新的Quick Charge3.0 允许电压为3.6～12 V，按200 mV 的间距进行自动调节。

上面的2种适配器技术，不论是提高电流，还是提高电压，都能自适应地输出相应的电流和电压，而现行的行业标准适用的对象还是有着固定输出电压（5 V），最大电流不大于1500 mA 的设备，用这种行标去检测具有新技术的产品，已经不能满足要求。

4 现行标准与快充车载适配器测试方法研究

具有快充功能的适配器的使用，必然带来测试方法的改变，本文针对行标YD/T 2306—2001，对车载适配器的测试项目和相应的测试方法进行了研究。车载适配器的安全可以从机械结构、电气性能、电气安全及电磁兼容4 个方面进行考虑。

4.1 机械结构测试

车载适配器的机械结构主要分为与点烟器插座连接部分及与输出电能的USB 接口部分，由于这2部分在连接设备时都需要插拔，因此，需要进行2种接口的插拔力试验及接口的插拔寿命试验，相应的测试要求可参照现行的行业标准。

4.2 电气性能测试

车载适配器的电气性能主要包括输入电压范围、输出电压、输出电流、输出纹波、短路电流、电流倒灌、无负载能量消耗、电源适配器效率、耐电源极性反接。现行标准规定采用阻性电阻作为负载进行试验，输出电流为500～1500 mA，输出电压为4.75～5.25 V 的条件下测得的数据作为判定的依据； 但现行的技术可以允许的最大电流远超出行业标准的限定值，同时输出电压也不仅仅固定在5 V，而是下至3.6 V，上至12 V，所以，在测试设备的电气性能时需要考虑到新技术带来的新情况。

4.3 电气安全测试

适配器的电气安全目前主要采用的项目包括机械强度、绝缘耐压、绝缘电阻、过电压强度、外壳表面温度、输入过电流保护、外壳阻燃性。

4.3.1 适配器标识内容需完善

在标识适配器的技术参数时，现行标准仅要求标识出输入、输出的额定电压及电流值，这一要求对仅有一个输出口的设备能满足标识的要求，但是对有几个USB 输出口的设备，标准的要求就不适用了。对于具有多个USB 接口的适配器能输出的最大电流通常不是所有USB 最大输出电流之和。同时，在设计车载适配器时并不是总的最大输出电流越大越好，因为电流越大，发热的情况也越严重，且标准规定了器具外壳的温升不能超过某一限值。因此，对具有多个输出口的车载快速充电适配器应限定最大的输出电流，其产品标识不仅需要一个总的额定（最大）输出电流，还需要对每个输出口的额定（最大）输出电流进行标识；对于有几个等级电压输出器具，还需要标出对应电压下的额定（最大）的输出电流。

4.3.2 适配器温升测试方法需改进

车载适配器的工作原理是将车用电池13 V 左右的电压通过器具转换成目标电压和电流，因在转换期间，器具需要消耗一定的功率，这一部分功率就转化为热量，通过适配器散发出去，转换效率越低，产生的热量也就越大。现行行标对外壳温升要求是在室温下，工作电压为14 V，并在车载直流电源适配器的参考输出电流下进行测试，该试验要求对只有1 个输出电压产品，输出电流越大，产品产生的热量也就越大，标准的测试方法能满足要求；但对目前新型产品依照标准进行温升测试时，采用标准要求的阻性负载，输出电压仅为5 V，虽然将电流调至最大，但这一状态下有可能并不是适配器转换效率最低的一个状态，因此，测出的外壳温升也不一定是最大的。在对温升试验的探索过程中，采用了一个诱骗工装，使适配器工作在指定输出电压的状态下工作，并在该条件下的最大输出电流情况下计算各代表性输出电压时的转换效率，在最小转换效率的情况下进行温升测试，测得的温升值有相当一部分的值比输出电压为5 V 状态下的温升值高。

4.3.3 增加电气间隙测试项目

由于快充适配器采用了高集成度的电路，PCB板上的电子元件比较密集，元件之间的爬电距离或电气间隙都比较小，当设备内部产生过电压时，有些元件的绝缘或电气间隙、爬电距离不够，导致器具击穿，起火燃烧；同时，在测试中发现有些设备的正极弹片和负极弹片之间的电气间隙相对比较小，而车在行驶过程中振动又比较大，极有可能导致正极和负极发生短路，导致汽车电路保护，因此，测试时需要考虑正负极之间的电气间隙，以及输入端的过电流保护装置有效性，以免电流过大导致汽车电路受到影响。

4.3.4 增加燃烧测试项目

由于适配器在车内使用，而车内的装饰品一般都是易燃品，因此，车载适配器需要严格的安全防火要求，需要对试样进行两次燃烧，第1 次燃烧30 s后，间隔60 s 再次在同一位置进行燃烧，在试验期间，当试验火焰第2 次施加后，样品后续燃烧不得超过1 min，而且样品不得完全烧尽。一般塑料加入适量的阻燃剂时，不容易点燃，或者燃料在离开试样离开火焰后很快就自行熄灭，但是这些添加了阻燃剂的材料成本比未添加阻燃剂的塑料成本要高，在对在多批次的车载适配器的外壳材料试验时，有相当一部分产品的外壳在做燃烧试验时被点燃，燃烧时间超过了1 min，直至烧尽。如果这些产品在使用过程中不小心引燃，必然给车主带来极大的损失，甚至危及到生命。

4.4 电磁兼容测试

车载适配器由于使用在车内，为了避免车载适配器使用过程中的电磁干扰影响到汽车内部的电子线路，车载适配器产品需要进行辐射连续骚扰、瞬态传导骚扰，静电放电抗扰度，瞬变与浪涌抗扰度（车载环境）这些电磁兼容的试验。在辐射连续骚扰及瞬态传导骚扰这两部分测试中，同样需要器具在最大功率的状态下进行测试，如果采用阻性负载的话，器具不能达到最大功率，因此，对试验负载的要求需要重新考虑，现行标准测试方法与车载快速充电技术产生的矛盾详见表1。

表1 现行标准测试方法与新技术的矛盾

从表1可知，行标测试方法与现行技术特点的主要矛盾是如何使车载适配器输出目标电流及电压，而常规的阻性负载只能得到输出电压为5 V，所以测试负载的选用就尤为重要。通过上文对现行技术特点的研究，适配器可以通过外部的指令对输出电压进行调整，然后再通过可调阻性负载实现在该电压级别的电流调节，确认输出功率，因此，一个具有能发出调压指令的装置可以很好地解决标准与现行技术的测试矛盾。

5 结语

车载快速充电适配器随着芯片技术的发展和应用在近年来得到快速发展，而车载适配器由于使用在行驶中的车辆上，其安全性能的测试显得尤为重要，因此，安全测试依据的标准亟待重新修订。通过对YD/T 2306—2011 行业标准的测试方法与目前主流的适配器技术进行对比研究，指出现行标准与快充技术的主要矛盾是快充技术具有宽范围的输出电流与电压。