开关电源能效等级技术规范

1开关电源能效等级技术规范本文件规定了交流输入，低压直流(不大于60V)或低压交流(不大于42.4V)输出电压的电源能效等级技术要求、试验方法和结果判定。本文件适用于音视频、信息技术和通信技术设备、家用和类似用途设备、照明设备供电的电源，如：手机、计算机、服务器、交换机、路由器、电视机、显示器、音响、无人机、摄像头、基站设备、机器人、电动自行车、户外电源和家用和类似用途带USB充电接口的插座等设备用电源，其它类似用途的电源也可参考使用本技术规范。本文件不适用于直流-直流的电源，也不适用于给工业用设备、医疗器械供电特殊用途的产品。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定GB50174—2017数据中心设计规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。外部电源externalpowersupply将交流电网电压转换为直流或者交流电压，通过电线、电缆或其他接口与用电产品相连接，使用时提供一个或多个直流或者交流输出电压的产品。每次使用时只提供一个直流或者交流输出电压的外部电源。其中，标称输出电压小于6V且标称输出电流大于或者等于550mA的为低电压单路输出式外部电源，除低电压以外的为基本电压单路输出式外部电源。通过单口协议等方式实现输出电压可调，且每次使用时只提供一个直流或者交流输出电压的外部电2通过多路电线、电缆或多个输出端口与用电产品相连接，使用时，可同时提供多个直流或者交流输出电压的外部电源。嵌入式电源internalpowersupply通过输出连接器与使用其供电的设备或组件等进行连接，并共同安装于同一设备外壳内，具备相对独立电源形态的交流-直流电源。工作状态activemode产品输入端连接到电网电源上，输出端连接到负载上，输出电流在零(不含)至额定电流之间的状态。空载状态noloadmode产品输入端连接到电网电源上，输出端不连接负载或负载不消耗电能的状态。工作效率activemodeefficiency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。平均效率averageefficiency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。冗余redundancy重复配置系统的一些或全部部件，当系统发生故障时，重复配置的部件介入并承担故障部件的工作，由此延长系统的平均故障间隔时间。4技术要求4.1外部电源能效等级外部电源工作状态下的最小平均效率、空载状态下的最大有功功率和额定状态下的最小功率因数应符合表1～表5的规定。其中，额定状态下的最小功率因数要求仅适用于输出功率标称值不低于75W的电源。针对可调电压单路输出式产品，则需测试最小输出电压与最大输出电压两种状态，依据输出功率标称值符合表3的规定。外部电源工作状态下的最小平均效率、空载状态下的最大有功功率和额定状态下的最小功率因数数值应按照GB/T8170的规定进行修约，均修约到3位小数。表1低电压单路输出式外部电源能效等级输出功率标称值(Po)W(用小数表示)空载状态下的最W额定状态下的3表2基本电压单路输出式外部电源能效等级输出功率标称值(Po)W(用小数表示)空载状态下的最W额定状态下的 表3可调电压单路输出式外部电源能效等级输出功率标称值(Po)工作状态最小电压下的(用小数表示)工作状态最大电压下的(用小数表示)空载状态下的W额定状态下的 表4单路输出式交流-直流电池充电器外部电源能效等级输出功率标称值(Po)W(用小数表示)空载状态下的最W表5多路输出式外部电源能效等级输出功率标称值(Po)W(用小数表示)空载状态下的最W4.2嵌入式电源能效等级嵌入式电源最小工作效率和最小功率因数应符合表6～表9的规定。针对同时具有低压输出和高压输出的多路输出电源，按照表8的要求进行判定。嵌入式电源最小工作效率和最小功率因数数值应按照GB/T8170的规定进行修约，均修约到3位小数。表6非冗余应用多路输出嵌入式电源能效等级负载4表7非冗余应用单路输出嵌入式电源能效等级负载表8冗余应用低压输出嵌入式电源能效等级负载表9冗余应用高压输出嵌入式电源能效等级负载注：输出电压范围为40V至60V。5试验方法5.1外部电源试验方法外部电源按附录A的试验方法进行测试，其中，电池充电器电源按附录B的试验方法进行测试；另输出电压可调节的多路输出式外部电源按附录C的方法进行负载分配组合，示例说明见附录D。针对带通用串行总线(USB)端口电源适配器的延长线插座、墙壁式插座和转换器，只测试电源模块部分，空载状态下的最大有功功率应不包含产品其他电路功耗，产品效率不包含电子控制开关等电路部分。5.2嵌入式电源试验方法嵌入式电源按附录E的试验方法对工作效率和功率因数值进行测试。5(规范性)外部电源平均效率、空载有功功率和功率因数测试方法A.1测试基本要求A.1.1测试环境测试环境温度应保持在(23±5)℃范围内，测试中靠近产品处的空气流动速度应不大于0.5m/s,不应采用外部的风扇、空调或散热器来降低待测产品的温度。测试中，产品应置于非导热材料上。A.1.2测试电压和频率测试电压和频率应在交流电压220V,频率为50Hz模式下进行测量。对于可以调节输出电压的单路输出产品，选择其最大输出电压和最小输出电压分别进行测试。测试采用交流稳压电源供电，其电压和频率波动均不大于±1%。稳压电源的总电压谐波畸变应不大于2%(包括13次谐波之内)。测试电压的峰值应在其方均根值的1.34倍至1.49倍范围之间。A.1.3测试电压和频率测量应使用经校准的电压表、电流表和功率表(或功率分析仪)。功率计在不大于10W的有功功率测量时，分辨力为0.001W;在大于10W小于250W的有功功率测量时，分辨力为0.01W;在大于或等于250W的有功功率测量时，分辨力为0.1W。功率因数PF值量测时，分辨力至少为0.001。测试中测试回路应尽可能短，以避免由于测试线路引起的测量误差。A.1.4测试负载应配备电子负载或可变电阻器以保证在每个产品的输出功率范围内进行测试。A.2.1测试前的准备测试前，待测产品应按照下面场景进行预热。每个待测产品只允许进行一次时间为30min的预热过a)长时间恒定功率的产品按照其标称输出持续工作30min进行预热；b)有峰值输出功率降额的产品，最大额定输出电流如无法长期工作预热时，输出电流可按最大额定输出电流的25%递减，满足持续工作30min进行预热。在后(即电流表内接法),以保证采样准确。6A.2.2测试前的准备调节测试负载，使待测产品的输出电流达到额定电流的X%,并监测交流输入功率大于或等于5min,确保产品持续稳定工作。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[Pix,单位为瓦特(W)]和交流或直流输出端的输出有功功率[Pox,单位为瓦特(W)],按公式(A.1)计算此Nx——输出电流为额定输出电流的100%、75%、50%、25%其中一种时的工作状态下的工作效率；Pox——输出端的输出有功功率，单位为瓦特(W);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。考虑输出线材的功率损耗，按公式(A.2)计算其输出功率Vox——输出端口处电压，单位为伏(V);Rcable——输出标准线材回路阻抗，单位为欧姆(Ω),按照表A.1选取。表A.1标准线材阻抗值AΩ注：标准输出线材长度按1.5m评估。7A.2.3测试负载变化测试中，调节测试负载使产品输出电流按照额定值的100%、75%、50%、25%、0的顺序变化。对于有峰值输出功率的产品，只测试电源可长期稳定工作的输出电流条件。A.2.4空载状态下的有功功率将待测产品置于空载状态，输入的电流表和电压表(或功率分析仪)应按图A.1的方式进行连接，测试并记录此状态下的交流输入有功功率。如产品在空载状态下处于间断工作状态，交流输入有功功率应采用连续积分大于或等于5min,计算得到平均有功功率。电流表交流输入电压表被测产品图A.1空载状态下有功功率的测试示意图A.2.5额定状态下的功率因数测试时，应用功率计测试输出额定状态下的实际输入功率因数。A.3测试结果判定被测产品按上述测试方法所测得的技术指标均达到本文件能效等级要求的规定，即判定为符合本文件的能效等级要求。8附录B(规范性)电池充电器平均效率、空载有功功率和功率因数测试方法测试基本要求B.1.1测试环境测试环境温度应保持在(23±5)℃范围内，测试中靠近产品处的空气流动速度应不大于0.5m/s,不应采用外部的风扇、空调或散热器来降低待测产品的温度。测试中，产品应置于非导热材料上。B.1.2测试电压和频率测试电压和频率应在交流电压220V,频率为50Hz模式下进行测量。对于可以调节输出电压的单路输出产品，选择其最大输出电压和最小输出电压分别进行测试。测试采用交流稳压电源供电，其电压和频率波动均不大于±1%。稳压电源的总电压谐波畸变应不大于2%(包括13次谐波之内)。测试电压的峰值应在其方均根值的1.34倍至1.49倍范围之间。B.1.3测试电压和频率测量应使用经校准的电压表、电流表和功率表(或功率分析仪)。功率计在不大于10W的有功功率测量时，分辨力为0.001W;在大于10W小于250W的有功功率测量时，分辨力为0.01W;在大于或等于250W的有功功率测量时，分辨力为0.1W。功率因数PF值量测时，分辨力至少为0.001。测试中测试回路应尽可能短，以避免由于测试线路引起的测量误差。B.2测试方法B.2.1测试前的准备测试前，待测产品应按照其标称输出持续工作30min进行预热，达到两个连续5min周期内的输入B.2.2电池充电器各种恒压模式充电电压的确定电池充电器额定充电电压为产品宣称的额定充电电压，如额定充电电压宣称为范围，则取宣称的最高值，如最高值无带载电流，以空载实际测试电压的98%为额定充电电压。最低充电电压通过电子负载的恒压模式从额定充电电压开始，以0.1V步进降低电压，直到产品无充电电流时，上一步的电压值为产品的最低充电电压。依据以下公式(B.1)计算产品的各种充电工作状态的充电电压值。9X—为充电电压百分比，对应25、50、75和100,无量纲。B.2.3工作效率按照公式(B.1)计算的结果，调节产品充电电压达到额定充电电压与最低充电电压之间的X%并达到稳定状态，分别获取在此稳定状态下待测产品交流输入端的输入有功功率[Px,单位为瓦特(W)]和输出端的输出有功功率[Pox,单位为瓦特(W)],按公式(A.1)计算此种工作状态下的工作效率ηx。测试时，分别测试充电电压为额定充电电压与最低充电电压之间的100%、75%、50%、25%时，待测产品交流输入端的输入有功功率和输出端的输出有功功率，并计算算术平均效率。B.2.4测试负载变化测试中，调节电子负载使产品输出充电电压按照额定充电电压与最低充电电压之间的100%、75%、50%、25%及空载的顺序变化。B.2.5空载状态下的有功功率将待测产品置于空载状态，输入的电流表和电压表(或功率分析仪)应按附录A的图A.1进行连接，测试并记录此状态下的交流输入有功功率。如产品在空载状态下处于间断工作状态，交流输入有功功率应采用连续积分5min,计算得到平均有功功率。B.2.6满载状态下的功率因数测试时，应用功率计测试输出满载状态下的实际输入功率因数。B.3测试结果判定被测产品按上述测试方法所测得的技术指标均达到本标准等级要求的规定，即判定为符合本文件的能效等级要求。(规范性)C.1最小输出电压负载组合C.1.1功率计算式(B.1)计算各端口输出功率的降级因数Dsi,再按照公式(C.2)计算电源测试时各端口的输出功率……………(C.1)PLi=P×Dsi…………Psi——第i个端口额定输出功率，单位为瓦(W);PLi——测试时第i个端口的输出功率，单位为瓦(W);P——电源标称额定输出功率，单位为瓦(W)。C.1.2最小电压选择依据B.1.1计算各端口输出的功率，最小电压Vmin_i的确定原则为：用上述公式(C.2)计算得到的功率PL与各端口电压对应的额定输出功率(输出额定电压与额定电流乘积)进行对比，从最小输出电压开始，当其额定输出功率大于或等于PLi时，则选择测试时，按照公式(C.3)计算测试时某一端口输出的电流Ibus。其中，当Dsi≥1时，则令Dsi=1。PLi——测试时第i个端口的输出功率，X——为负载百分比，对应100、75、50、25和0,无量纲。C.2单口最大额定功率输出负载C.2.1端口选择C.2.2电压选择注2:如单口输出最大输出功率小于各端口同时输出的额定功率，则该负载条件不适用。(资料性)多路输出式外部电源负载组合示例说明D.1多路输出式外部电源输出规格示例以电源有4个端口输出及每端口输出分别包含3组输出电压为典型示例(如图D.1),各端口同时端口1端口2端口3图D.1典型多路输出式电源示意图表D.1各端口同时输出规格及功率限制输出端口输出功率限制Vi_i/Ii_1、Vi_2/Ii_2、Vi_3/Ii_3PV₂_i/I₂_1、V2_2/I2_2、V2_3/I₂_3V3_i/I3_1、V3_2/l3_2、V3_3/I₃_3V4_i/I4_1、V4_2/I4_2、V4_3/I4_3注1:V1_1/I1_1为第1个端口的第1组额定输出电压与额定输出电流；V1_2/I1_2为第1额定输出电压与额定输出电流；V1_3/I1_3为第1个端口的第3组额定输出电压与注2:假设端口输出电压由小到大为V1_1<V1_2<V1_3,并相应输出功率为V1_1×I1_1≤V1_2×I1_2≤D.2计算各端口功率限制比例按照公式(C.1)计算各端口输出功率的降级因数Dsi,针对两个端口及以上一起限制功率情况(端口3与端口4),先计算两个端口及以上的降级因数Ds₃-4,再分别选择同时输出时单口输出中相应的额定输出功率(输出额定电压与额定电流乘积)进行计算Ds₃及Ds4,参见图D.2,计算公式见表D.2。功率限制Ds4图D.2各端口功率限制比例示意图表D.2各端口输出功率降级因数计算输出端口端口1D.3计算各端口测试所需的输出功率按照公式(C.2)计算各端口输出测试所需的输出功率PLi,见表D.3公式计算。表D.3各端口输出功率计算输出端口端口1D.4各端口选择测试电压及计算测试所需的电流计算得到各端口输出测试所需的输出功率PL后，用计算得到的功率PLi与各端口电压对应的额定输出功率(输出额定电压与额定电流乘积)进行对比，从最小输出电压开始，当其额定输出功率大于或等于PLi时，则选择该电压进行测试。再按照公式(C.3)分别计算测试时各端口输出的电流Lbus,见表D.4公式计算。输出端口输出电流计算(100%负载)输出电流计算(50%负载)V1_3V₂_1×I₂_1<PL2V2_2V3_1×1₃_1≥PL3V3_1V4_1×14_1≥PL4V4_1(规范性)嵌入式电源工作效率和功率因数值测试方法E.1测试基本要求E.1.1测试环境测试环境温度应保持在(23±5)℃范围内，测试中靠近产品处的空气流动速度应不大于0.5m/s,除非产品特别说明，不应采用外部的风扇、空调或散热器来降低待测产品的温度。测试中，产品尽量按实际应用场景安装或放置。E.1.2测试电压和频率测试电压和频率须在交流电压220V,频率为50Hz模式下进行测量。测试采用交流稳压电源供电，其电压和频率波动均不大于±1%。稳压电源的总电压谐波畸变应不大于2%(包括13次谐波之内)。测试电压的峰值应在其方均根值的1.34倍至1.49倍范围之E.1.3测试设备与测量要求测量应使用经校准的电压表、电流表和功率计(或功率分析仪)。功率计在不大于10W的有功功率测量时，分辨力为0.001W;在大于10W小于250W的有功功率测量时，分辨力为0.01W;在大于或等于250W的有功功率测量时，分辨力为0.1W。功率因数PF值量测时，分辨力至少为0.001。应配备电子负载以保证在每个产品的输出功率范围内进行测试。测试中测试回路应尽可能短，以避免由于测试线路引起的测量误差。E.2测试方法E.2.1测试前的准备测试前，待测产品应按照其标称输出持续工作30min进行预热，达到两个连续5min周期内的输入功率变化不超过±1%。E.2.2电源风扇的控制电源风扇应按下列要求控制a)嵌入式电源内部无风扇的场景，应提供满足产品应用要求的散热条件，避免被测设备过热保护；b)嵌入式电源内部有风扇的场景：1)针对非冗余应用类，风扇的功率纳入工作效率的计算中；2)针对冗余应用类，应单独给风扇进行供电，风扇的功率不纳入工作效率的计算中。E.2.3测试配置图嵌入式电源工作效率和功率因数的测试按图E.1、图E.2和图E.3进行连接。下图E.2与E.3中Pix、P₂ix、Pnix分别为第1路的输入功率、第2路的输入功率与第n路的输入功率，P1ox、P₂ox、Pnox分别为第1路的输出功率、第2路的输出功率与第n路的输出功率。O图E.1嵌入式电源工作效率和功率因数测试示意图(单输入单输出场景)功率计功率计A-OA-交流电源电子负载被测设备电子负载Pnox图E.2嵌入式电源工作效率和功率因数测试示意图(单输入多输出场景)功率计功率计A-O功率计①交流电源电子负载电子负载被测设备交流电源A-P21xP¹xPnx图E.3嵌入式电源工作效率和功率因数测试示意图(多输入多输出场景)E.2.4嵌入式电源在各种负载状态下的各路输出测试电流的确定E.2.4.1各路输出没有功率限制的情况对于各路输出没有功率限制的情况，按照公式(E.1)计算降级因数D。具有辅路电压(standbyvoltage)输出的嵌入式电源，将辅路电压输出视为一路。D——降级因数，以百分数表示；P——额定输出功率，单位为瓦(W);V₁——各路额定输出电压，单位为伏(V); 各路额定输出电流，单位为安(A)。采用降级因数D,按照公式(E.2)计算测试时某一路输出的电流Ibus。bus——测试时某一路输出的电流，单位为安(A);In——某一路输出的额定输出电流，单位为安(A);X——负载百分比，对应10、20、50和100,无量纲；D——降级因数，当D≥1时，则D取值为1。E.2.4.2各路输出有功率限制的情况对于各路输出有功率限制的情况，按照公式(E.3)计算各路额定输出功率的降级因数Dsi,再按照公式(E.4)计算嵌入式电源总额定输出功率的降级因数DT。最终按照公式(E.5)计算测试时某一路输出的电流。Dsi——第i路降级因数，以百分数表示；Psi——第i路额定输出功率，单位为瓦(W);Vi——第i路内各分路额定输出电压，单位为伏(V);Ii——第i路内各分路额定输出电流，单位