电源适配器平均效率的测量不确定度评定

谢璐璐

（工业和信息化部电子第五研究所，广州 510610）

电源适配器平均效率的测量不确定度评定

谢璐璐

（工业和信息化部电子第五研究所，广州 510610）

对符合GB 20943-2013定义的电源适配器平均效率的测量不确定度进行了实例评定，示范了如何处理评定过程中复杂的非线性数学模型问题，阐述了获取电源适配器平均效率合成标准不确定度的过程和方法，进而确定电源适配器平均效率测量结果的扩展不确定度。

GB 20943-2013；电源适配器；平均效率；不确定度评定

引言

本文依据标准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》有关电源适配器及其平均效率的定义和要求，并参考中华人民共和国国家计量技术规范JJF 1059-2012《测量不确定度评定与表示》有关测量不确定度的原则、方法和步骤，通过实例给出了评估电源适配器平均效率的测量不确定度的过程和方法。

1 测试对象

根据标准[1]定义，平均效率的测试对象为用于将交流电网电压转换为固定的、单路低压直流（不大于36V）或低压直流（不大于36V）输出电压的外部电源适配器，该适配器需满足以下要求：

1）每次使用时只提供一个固定的直流输出电压；

2）与用电负载配套；可与用电负载分离；

3）通过电线、电缆或其他永久性连线与终端产品相连接；不配备任何电池。

这里定义的适配器也是目前普遍应用于各类电子产品的外部电源适配器，常见的有笔记本电脑适配器、显示器适配器、手机充电器等。本文主要是针对这种大众化应用的适配器进行平均效率的不确定度评估。

2 平均效率

根据标准[1]定义，平均效率是指电源适配器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，其中工作效率指电源达到稳定工作状态时，实际输出功率和实际输入功率有功功率之比。平均效率的具体测试过程为：

1）在环境温度（23±5）℃下，采用230V、50Hz的交流电压测试模式对样品依照其标称输出持续工作30Min进行预热。

2）调节负载使输出电流到额定电流的x%并达到稳定状态，分别获取在此稳定状态下交流输入端的输入有功功率（ixP）和交流或直流输出端的输出功率（oxP），按式（1）计算此种工作状态下的工作效率xη。

测试时，调节测试负载使产品输出电流按照额定值的100%，75%，50%，25%顺序变化，并记录输出功率和交流输入功率。

3）计算算术平均效率以及进行测量不确定评估。

平均效率是电源适配器在节能评价过程中的一个非常重要的参数，通过将测得的平均效率与所要求的平均效率节能评价值相比较，从而确定该适配器是否符合节能要求。因此，为保证这种符合性判定的顺利进行，必须对平均效率进行测量不确定度评估。

3 测试设备

本文通过选取样品对电源适配器的平均效率进行测试，并基于实际测试数据实例阐述测量不确定度的评定过程和处理方法。本文实际测试过程所使用的交流电源型号为PCR1000L，功率计型号为WT210，电子负载型号为IT8512C。

4 数学模型

电源适配器平均效率的测量，为先测四个不同输出电流下的工作效率，再求均值，数学模型为

式（2）中η25,η50,η75,η100分别为电源适配器在输出电流额定值的25%，50%，75%，100%下的工作效率。η25,η50,η75,η100这四个变量是在不同体系条件下（即不同输出电流下）分开进行测量的结果，因此可认为这四个变量互不相关，同时可认为每个变量都近似服从正态分布，因此，四个工作效率在数学模型中的方差和传播系数为

由于式（1）为非线性函数，因此将式（1）代入式（2）后得到的数学模型也是非线性的。这里不直接将式（1）代入式（2），而是首先通过式（1）求取四个工作效率的不确定度，然后基于这四个工作效率的不确定度再求取平均效率的不确定度。

根据规范要求[2]，当测量函数为非线性时，由泰勒级数展开获取近似线性测量模型。因此，这里对式（1）进行泰勒级数展开，且当oxP和ixP之间的相关系数为0时，得到每个工作效率非线性模型带高阶项的标准不确定度计算式子

对于电源适配器来说，一般输入功率和输出功率都要大于1W，平均效率大于50%，因此式（3）最后两项可忽略。式（3）中Pox,Pix为直接测量值，只需求出这两个变量的不确定度就可以确定各个工作效率的不确定度，在已知各个工作效率的不确定度后，利用式（2）便很容易确定平均效率的标准不确定度。

总之，本文把电源适配器不确定度的评估分成了两个过程，首先是求取各个工作效率的不确定度，这个过程解决了求取工作效率复杂的非线性模型问题。其次，基于工作效率不确定度以及通常处理线性模型不确定度的方法得到平均效率的扩展不确定度值。

5 不确定度评定

由前述分析可知，求平均效率的标准不确定度，首先要求取各个工作效率的标准不确定度。而由式（3）可知，要求取各个工作效率的标准不确定度就要先求取输入有功功率和交流或直流输出端的输出功率的标准不确定度。在实例分析过程中，这里以电源适配器在输出电流额定值的25%下的工作效率为示例，进行输入功率的A类和B类不确定度评估，从而确定输入功率的标准不确定度。

5.1 标准不确定度的A类评定

实验中对样品进行4次输出功率Pox和输入有功功率Pix的重复测量，测量数据如表1所示。由表1计算Pi25的最佳估计值：=16.8867，同理，，，，，，分别为33.3238，50.0622，66.568，14.955，29.8638，44.6853，59.4853。因此，根据规范[2]中的求A类标准不确定度的内容，可求得的A类标准不确定度分量为ui25-1=0.0058W( ui25-1=u1( Pi25))，同理可求得的A类标准不确定度分量分别为0.0085，0.0155，0.0283，0，0.0005，0.0003，0.0003。上述A类不确定度分量自由度都为v1=n-1=3。

表1 测量数据

5.2 标准不确定度的B类评定

查校准证书，数字功率计直流功率和交流功率的扩展不确定度为0.08%和0.1%，包含因子k=2，估计其相对不确定度为10%，则Pi25的B类标准不确定度分量：

其中ui25-2=u2(Pi25)，同理可求得的B类标准不确定度分量分别为0.0167，0.025，0.033，0.006，0.119，0.0179。上述不确定度分量的自由度为：

5.3 合成标准不确定度

根据规范[2]，由以上求得的A类和B类标准不确定度可合成的标准不确定度ui25，ui50，ui75，ui100，uo25，uo50，uo75，uo100，结果分别0.0102，0.0187，0.0294，0.0436，0.006，0.012，0.0179，0.0238。合成自由度veff(i25)，veff(o100)为23，38，28，16，50，51，50，50。由表1数据可知输出功率和输入功率在微小变化范围内并没有明显的相关性，可以说是受各种因素影响进行随机变化，因而可认为相关系数为0。因此，由式（3）可知

进而求得u(η25)=0.0006。同理可获得u(η50)、u(η75)、u(η100)分别为0.0006，0.0006，0.0007。

由于：

因此可根据规范[2]中计算指数数学模型有效自由度的方法获取平均效率的有效自由度，即

最终可得veff(η25)、veff(η50)、veff (η75)、veff(η100)为43，71，53，28。因此，u(η)=0.0003，合成自由度为164。

5.4 扩展不确定度

最后由合成标准不确定度得到电源适配器平均效率的扩展不确定度

U0.95=k0.95uc=1.972×0.0003=0.0006（由自由度veff=164查t分布临界值tp(v)，得包含因子k0.95=1.972）

6 结束语

以上示例分析了电源适配器平均效率的测量不确定度评定过程，并提供了处理评定过程中非线性数学模型的有效思路。测量结果的不确定度直接影响电源适配器的节能评价值符合性的判定，实验室需重视平均效率的测量不确定度，以备评定使用。

[1] 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[S].

[2] JJF 1059-2013, 测量不确定度评定与表示[S].

谢璐璐(1987.1-)，男，湖南娄底，工业与信息化部电子第五研究所质量安全检测中心工程师，硕士，主要从事电子产品检测技术研究。

An Evaluation on Measurement Uncertainty of the Average Eff i ciency of the Power Adapter

XIE Lu-lu
（China Electronic Product Reliability and Environmental Testing Research Institute, Guangzhou 510610）

The uncertainty assessment of the average efficiency of the power adapter defined in GB 20943-2013 is conducted with an example. It shows how to deal with the problem of complex nonlinear model in the uncertainty assessment process. And it elaborates the process and method of getting combined standard uncertainty which can export the expanded uncertainty of the average efficiency of the power adapter.

GB 20943-2013; power adapter; average efficiency; uncertainty assessment

TM934.6

A

1004-7204（2014）06-0055-03