电源设计与生产的安全结构与安规要求

邮编：100081电话:[phone]/6785传真:[phone]电源设计与生产的安全结构与安规要求电源，英译文PowerSupply，PowerSource或mains，又称电源供应器，是一种把电能供给电器的装置，如电池、发动机等(《现代汉语词典》，商务印书馆，1980年)。专业上电源是将电能从一种形式转化成另一种形式的部件、子系统或系统，通常是把交流(AC)市电转成所需直流电(DC)的装置。电源作为电世界一项重要装置，没有它所有的电器或电子设备会停止工作，电世界将不复存在。电源产品的质量好坏直接影响设备的安全，因此电源在设计和生产中的进行安全结构设计和满足安全规范至关重要，本文由北京海洋兴业科技有限公司整理，欢迎讨论010-62178811。一、电源结构上安全需求1、空间需求(spacingrequirements)在活性组件之间和活性组件与固定金属组件之间，UL、CSA与VDE安全标准强制规定了特定的空间需求。空间需求包括空间距离和沿面距离。空间距离在VDE中又叫间隙距离,在UL标准规格中则叫分离距离；VDE标准规格中的沿面距离，在UL标准规格中则称为分隔距离。空间距离(Creepagedistance):在两个导电组件之间或是导电组件与物体界面之间经由空气分离测得最短的直线距离。沿面距离(clearance):沿绝缘表面测得两个导电组件之间或是导电组件与物体界面之间的最短距离.2、电介质测试承受度(dielectrictestwithstand)或耐压测试当装置上的额定电压为250VAC或更小时，在UL与CSA标准规格中需要做输入至输出、输入至地端的高电压隔离测试(HI-POTisolationtest)。3、漏电流测量(leakagecurrentmeasurement)UL与CSA标准规定所有露出的固定金属组件必须接到大地端,而且由连接至地端的1500Ω电阻来测量漏电流。VDE标准规定在1.06倍额定电压下,由1500Ω电阻与150nF电容并联测量漏电流。4、绝缘电阻(insulationresistance)在VDE标准规格中,输入端与SELV输出电路间需要有7MΩ的最小电阻值；而且输入端与较容易受变动的金属组件间,需要有2MΩ的最小电阻值,其外施加电压则为1分钟500Vac。5、PC板需求(PCboardrequirements)UL与CSA规格也提供了可燃性标准,即所有PC板必被UL认可为94V-2或更好的材料,VDE规格也接受这些标准。以下简单的说明一些材料防火等级优劣：1、发泡塑料材料类：HF-1等级较HF-2优，HF-2等级较HBF优；2、一般材料:5V优于V-0,V-0优于V-1,V-1优于V-2,V-2优于HB。二、电源内部变压器结构安规需求在VDE标准规格中,对于变压器的设计、制造与利用都有较严格的规定,以满足大多数国家的安全需求；在UL标准规格中，要求用在变压器结构中的所有材料，必须有94V-2或更好的额定值。1、变压器的绝缘(transformerinsulation)变压器的绕组依照需求,必须通过绝缘做物理上的分隔,在绕组线上亮漆、瓷漆或洋漆涂料,达到绝缘目的。2、变压器的电介质强度(transformerdielectricstrength)或耐压测试当使用复合层的绝缘厚度时,任何两层之间必须能够承受电介质强度或耐压大小,测试时绝缘层接触在一起且测试电压加于外部表面。3、变压器的绝缘电阻(transformerinsulationresistance)邮编：100081电话:[phone]/6785传真:[phone]绝缘用在变压器的结构中，且必须在绕组间、绕组与铁心和框架金属板间,最小必须有10MΩ电阻值,并在1分钟内提供500Vac电压。4、变压器沿面与间隙距离(transformercreepageandclearancedistance)绕组之间，绕组与端点、金属板、铁心、框架、绕组通过引线间，端点之间，端点-铁心与框架间必须满足一定的空间间隔。5、变压器的水阻(transformermoistureresistance)在91～95%高湿度和20～30℃温度情况下,变压器必须保持绝缘阻抗及介电强度。6、VDE规格的变压器温度额定值(VDEtransformertemperaturerating)在正常操作下对特定的绝缘等级而言，最大的稳定化温度必须不超过绝缘等级的温度值。7、UL与CSA规格的变压器温度额定值(ULandCSAtransformertemperaturerating)当升高至周围温度(25℃)以上时,UL与CSA会规定变压器的温度,可使用两种方法来做温度的测量：热偶法和电阻值法（见下表）。三、电源安规设计注意事项1.零件选用在零件选用上需要掌握如下方面:a.安规零件有哪些?b.安规零件的要求，需要取得安规机构的认证或是符合相关安规标准；c.安规零件额定值，任何零件均须依MANUFACTURE规定的额定电压、额定电流、额定温度等额定值来使用。注意零件的温升限制：a、一般电子零件:依零件规格的额定温度值,决定其温度上限。b、线圈类，依其绝缘系统耐温来决定：ClassA为ΔT≦75℃；ClassE为ΔT≦90℃；ClassB为ΔT≦95℃；ClassF为ΔT≦115℃；ClassH为ΔT≦140℃。c、人造橡胶或PVC被覆之线材及电源线类:有标示耐温值时ΔT≦(T-25)℃；无标示耐温值时为ΔT≦50℃。d、Bobbin类:无固定值,但需要做125℃球压测试。e、端子类:ΔT≦60℃。f、温升限值：如果有规定待测物的耐温值(Tmax)时ΔT≦Tmax-Tmra；如果有规定待测物的温升限值(ΔTmax)时ΔT≦ΔTmax+25-Tmra；其中Tmra=制造商所规定的设备允许操作室温或是25℃。使用耐燃零件:PCB为V-1以上；FBT、CRT、YOKE为V-2以上；WIRINGHARNESS为V-2以上；CORDANONORAGE为HB以上；其它所有零件为V-2以上或HF-2以上；例外情形:下述零件与电子零件(限在失误状况下,因温度过高而引燃的电子零件)若相隔13mm以上,或是相互间以至少V-1等级障碍物隔开,则其耐燃等级要求如下:1、小型的齿轮,凸轮,皮带,轴承及其它小零件,不须防火证明；2、空气载液的导管,粉状物容器及发泡塑料零件,防火等级为HB以上或HBF以上。在应用中，下述件不需要防火证明:1、胶带；2、已获认证的零件；3、密封于无开孔且体积小于0.06m金属壳内的零件；4、仪表壳、仪表面、指示灯或宝石、置于至少V-1等级的PCB上的IC、晶体管、光耦合器及其它小零件的外壳等。2.整体配置升高至周围最大温度值℃绝缘等级热偶法电阻值法A6575B8595F110120H125135邮编：100081电话:[phone]/6785传真:[phone](1)安全距离(沿面距离和空间距离)：如果知道了工作电压及绝缘等级,就可决定所需安全距离。表2绝缘等级及各式绝缘适用情形绝缘等级适用情形介于两不同电压的零件间操作型(OPERAATIONALINSULATION)介于ELV(SELV)及接地导电零件间介于具危险电压零件及接地导电零件间介于具危险电压零件及依赖接地SELV电路间介于PRI的电源导体及接地屏蔽物或主电源变压器的铁心间基本型(BASICINSULATLON)为双重绝缘的一部分介于可触及导体零件及在基本绝缘损坏后有可能带有危险电压的零件间补充型(SUPPLEMENTARYINSULATION)为双重绝缘的一部分介于PRI电路及可触及未接地导电零件间介于PRI电路及浮接的SELV电路间介于PRI电路及TNV电路间双重或加强型(DOUBLE/REINFOREDINSULATION)凡是人体会触摸到的部分表3安全距离的位置及要求位置测量电压一次侧交流部分--接地部分电源输入电压一次侧直流部分--接地部分实际测量一次侧与二次侧间电压,或实际测量对地电压一次侧交流部分--未接地可能触摸到部分电源输入电压一次侧直流部分--未接地可能触摸到部分实际量测一次侧与二次侧间电压，或实际量测对地电压一次侧部分--二次侧部分实际量测一次侧与二次侧间电压二次侧危险电压部份--接地实际量测电压保护装置前,火线--中性线/火线电源输入电压保护装置后,火线--中性线/火线电源输入电压桥式整流后,临近相互两点间实际量测电压注意:1、测量时中性线、地线及二次侧RETURN须连接在一起。连接前,请先确定电源输入端中性线及火线是否正确,以免造成中性线及火线短路；2、一次侧与二次侧间所测量出来的电压若低于电源输入电压,则以电源输入电压为准；3、沿面距离≧空间距离,沿面距离若小于空间距离,则以空间距离为准。测量时，工作电压通过以下要素决定:1、测量dc电压时,应包括任何重叠涟波（纹波）的峰值；2、非重复性的突波不予考虑3、在决定空间距离及电气强度测试电压时,ELV或SELV电路的电压应视为零,但在决定沿面距离时,则须按实际电压计算；4、可触及的未接地导体零件应视为接地；5、若变压器的绕组或其它部分为浮接,则视为接地,并因此获得最大的工作电压；6、在双重绝缘处,横跨基本绝级的工作电压值,应先将补充绝缘处定义为短路,而得出电压值,反之亦然；变压器绕组间的绝缘，先将其中一个绝缘短路,而在其它绝缘上有最高工作电压产生；7、变压器两绕组间的绝缘,其工作电压应取两绕组内任2点的最大电压值,可能连接至此绕组的外加电压,也应包括在内；8、变压器绕组与其它零件间的绝缘,其工作电压应取此绕组内任意一点至其它零件的最大电压值；9、可取外电源的额定值。（2）结构设计，包含以下三个方面：a、稳定度：指终端系统设备不可失衡而导致使用者或维修者危险；b、机械强度：指内外壳的承受力如铁球撞击测试、落地测试、推力测试、TESTFINGER测试、7小时邮编：100081电话:[phone]/6785传真:[phone]烤箱测试等；c、尖锐角：指在防止不当的设计导致人员的伤害及绝缘破坏。（3）接地方法，包含以下两个方面：a、接地方式，有以下六种：I.机械式固定：不可由塑料连接,且须有防止松动作用(如WASHER)的产品；II.防腐蚀：指两种以上不同金属连接其电化学电位差不能＞0.6V；III.接地线：至少为18AWG的绿滚黄线,如果LINE/NEUTRAL18AWG，则须使用与其同等号线的线材(AWG:AMERICAWIREGAUGE美国线规)；IV.接地螺丝／螺栓要求至少为NO.6或M3.5；V.接地螺丝／螺栓的金属固定物厚度要求：螺丝直接锁在金属板上,则金属板必须有最小２倍的螺丝螺纹的厚度,若使用NUT方式固定则无厚度要求；VI.接地螺丝／螺栓的固定扭力：最小1.3牛顿米。b、接地确认测试：25A或30A接地电流测试,时间为2分钟。接地时间也需要注意：接地螺丝不可用自攻螺丝；若有其它的地线，欲锁在同一螺柱上,则须用另一螺母分开固定它。（4）开孔方式，包含以下三个方面：a、顶部（带有危险电压裸露组件的正上方），符合下列任一要求即可:1）任何一方向测量，尺寸不超过5mm；2）宽度在1mm内，长度不限；3）尺寸大小不限，但须确保外物不会直接掉入孔内而碰触到具有危险电压的零件。b、侧面，符合下列任一项要求即可:1）任何方向尺寸必需＜5mm；2）宽度在1mm内，长度则不限；3）结构上采用百叶窗结构或类似的限制结构，