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嘉峪检测网 2022-02-08 14:21
主要内容
一、安全标准所涉及的主要关键元器件
二、关键元器件的选用原则及通用要求
三、关键元器件分类介绍及适用标准
一、安全标准所涉及的主要关键元器件
信息技术设备、音视频设备安全标准中危险种类:
(1)电击
(2)与能量有关的危险
(3)着火
(4)与热有关的危险
(5)机械危险
(6)辐射
(7)化学危险
应用安全标准的目的就是在于减少上述危险造成的伤害或危害;安全标准的应用就是从产品的设计,选材,制造中避免该类危险的产生。
一)安全关键元器件的产生:
实际经验和教训来看整机产品的危险/伤害中由于元器件的失效,元器件及材料选用的
不当占了很大的比重。为此在安全标准中都对元器件作了特别的规定和要求以满足安全标准的要求——安全关键件产生。
(安全标准)元器件的评定和试验应当按下列规定:
当元器件已被证实与有关的元器件国家、行业标准或IEC标准相协调的某一标准时,应该检查该元器件是否按其额定值正确应用使用,该元器件还应当作为设备的一各组成部分承受本部分规定的有关试验。但不承受有关的元器件国家、行业标准或IEC标准中规定那部分试验。
注:元器件的使用要符合海拔5000的相关要求。
当元器件未如上所述证实是符合有关标准时,应当检查该元器件是否按规定的额定值正确应用使用。该元器件还应当作为设备的一各组成部分承受本部分规定的有关试验。而且还要按设备中实际存在的条件,承受该元器件标准规定的有关试验。
注:为了检验元器件是否符合某个元器件标准,通常单独对元器件进行有关试验。
如果某元器件没有对应的国家、行业标准 或IEC标准,或元器件在电路中不它们按规定的额定值使用,该元器件应当按设备中实际存在的条件进行试验。试验所需的样品数量通常与等效标准所要求的数量相同。
二)关键元器件的分类
1、按整机防触电保护类别分类
适用于Ⅰ类设备的元器件,具有基本绝缘或等效于基本绝缘,具有接地装置或借助整机的接地装置以防触电的元器件。
适用于Ⅱ类设备的元器件,具有双重绝缘或加强绝缘等级以防触电的元器件。
2、按元器件使用特征分类
连接元件,实现设备间、设备和电源或设备内部模块之间连接的元器件,如插头、插座、
器具耦合器、线排,电线电缆等。
操作元件,由使用者实现设备的工作或停止的元件,如开关,控制器等。
耦合(隔离)元件,实现第一级光、电等能量与第二级电路能量传输和隔离的四端口元器件,如变压器、继电器、光电耦合器等。
保护元件,限制电路中电压、电流不超过规定值的元件,如熔断器(体)、熔断电阻、压敏电阻、热敏电阻等。
支撑元件,安装或支撑元器件(或载流件)的元件,如印刷线路板、支撑载流件的绝缘外壳等。
滤波元件,跨接在绝缘两端,用于抑制电磁波的电容器,电感线圈,阻容组件等。
显示元件,用于音视频信号显示的器件,如CRT显像管,液晶显示器,PDP模组,LED显示屏。
高压元件,工作电压超过4KV的元件,如行输出变压器,管座等。
三)安全标准所涉及的主要关键元器件
1、插头电源线、电线组件、互连电线组件
2、器具输入插座、器具输出插座、器具插座
3、电容器( X电容器、 Y电容器)
4、隔离电阻器 (跨线电阻)
5、变压器
6、光电耦合器
7、电源开关、继电器
8、熔断器、热熔断体、熔断电阻器等
9、印制线路板
10、电涌抑制器(压敏电阻器)
11、电动机(直流马达风扇)
12、外壳、装饰件
13、电感滤波线圈
14、整件滤波器
15、正温度系数热敏电阻器(PTC)
16、负温度系数热敏电阻器(NTC)
17、电池、电池组
18、高压组件、 CRT显像管
备注:安全关键件的性能和可靠性直接关系到整机产品的安全性能。同时对于整机的性
能和电磁兼容性也有着直接的影响。
二、关键元器件的选用原则及通用要求
一)选择关键件的原则
1、当整机在正常使用状态下时,关键件应当在其标称范围内使用;
2、当整机处于异常状态时,包括关键件出现故障时,关键件不会产生危险。在考核关键件的技术参数及特性时,应能够满足所使用的整机标准要求,或满足相关关键件的标准要求。
所有的元器件都有相应的国家标准或者国际标准或者行业标准,虽然产品本身是符合其标准要求的,但未必可以保证符合整机产品的标准要求,为此,在选用关键件时,需要注意如下。
二)选择关键件注意点
1、选用合适的参数
关键件按照其对应的国家标准检测时,是根据关键件标识的额定参数进行检测,一般包含:额定电压、额定电流、额定负载特性、气候类别等,在这些额定参数下满足关键件标准要求。但当把关键件安装在整机产品中时,可能存在与整机技术参数等特性不符的情况,造成该关键件在整机中不能正常使用。
2、合理的装配方式
关键件的安装使用方式主要影响其发热和保护,如果由于安装位置和方式使关键件工作时温升加剧,将会影响关键件及整机的正常工作,甚至出现安全隐患;如果关键件在安装使用时,未得到良好防护,被有害物质污染,正常使用环境被破坏,将可能构成使用时的危险。所以说关键件所在位置及安装方式应符合其使用要求。
例如:一个标有T85的开关,在使用时其周围的环境温度不应超过其标志的85℃。
3、注意工作负载的特性
关键件工作负载的种类、特性和大小直接影响其工作状态。如果关键件在产品上的实际工作负载与其特定的工作负载相匹配,既可正常工作,反之工作不正常,并可能造成有害影响。
例如:开关对电阻负载和电感负载的分断能力不同,动作寿命次数也不同。
4、独有特性和要求
有些整机产品由于使用环境及条件不同,可能有特殊的性能指标,或整机标准高于关键件的标准要求,但关键件标准可能并未考核到,因此关键件在整机中的正常使用需要经过进一步验证和试验。
三)通用要求
1、标志和文件
关键件应标有:制造厂商标或代号、型号及规格、产品的参数指标(如额定电压/电流/功率等)。
如:电阻器要求:型号/规格/制造商(生产厂)(规格栏必须有:阻值);电容器( X电容、 Y电)。型号/规格/制造商(生产厂)(规格栏必须有:容量、电压和小类)。
2、防触电保护
对可触及的绝缘零件与危险带电零件之间应有双重绝缘或加强绝缘;可触及的导电零件如果与接地保护连接,则与危险带电零件之间应至少有基本绝缘,否则要由附加绝缘使之与基本绝缘零件隔开,或由双重绝缘/加强绝缘使之与危险带电件隔开。
如:对于变压器一定要分清结构,防触电等级( I类或II类,目前CQC证书未特别注明的均为II类),未注类别都应按II类来试验,试验:耐压值3750V 。
3、电气间隙、爬电距离和绝缘穿透距离
元件的电气间隙、爬电距离和绝缘穿透距离往往涉及其内部结构,进行检查时通常要进行破坏性内部检查,特别是对变压器线圈类产品要对内部结构进行逐层,逐圈的检查。电气间隙、爬电距离应满足GB 4943.1-2011/GB 8898-2011或GB 19212.1标准中相应表的要求。对于附加绝缘或加强绝缘绝缘穿透距离最小为0.4mm。对于对同轴饶制的,采用薄层材料绝缘的(如变压器),要检查和试验绝缘层,进行相应耐压试验。
4、绝缘能力
主要是指被测元件经过湿热处理后( 5天,这里是默认热带地区)的绝缘强度(绝缘电阻及耐压)。对于可触及部件和它们相连接的零部件与危险带电零部件之间的绝缘应能承受瞬态电涌试验。
5、发热
载流量大于0.2A的触点和其他载流部件,电压和电流的乘积大于或可能大于15VA的元件,应能防止由于通过电流而引起的过高温升,周围的零件也不应该达到过高温度,以免损害元件的性能和使用,或危及使用者或环境。对元器件温升的测量一般用热电偶,对但对变压
器线圈类产品用电阻法测量。
6、耐热、耐燃和耐漏电起痕
耐热是指元部件的材料应能承受规定的高温老化作用,而无影响使用。试验采用球压试验进行。
耐燃是指元件及材料根据其不同的使用功能及场合,应具有的响应的耐燃能力。采用针焰火等燃烧试验进行。
耐漏电起痕是指不同极性带电零件之间,带电零件与接地金属零件之间以及带电零件与易触及表面之间有爬电路径经过的非金属零件应具备的能力(PTI)。
注:对工作电压低于50V或只在污染等级1下使用的元件不需要进行耐漏电起痕试验。
7、其它的一些通用要求
机械强度;
引出端、可焊性;
接地措施;
防锈、放腐蚀;
环境可靠性;
8、例外要求
由于我国的安全标准对海拔2000米以上使用设备在电气间隙和爬电距离要求上与旧版标准及等同的IEC标准有较大差异,其电气间隙要求值是原要的1.48倍,因此,使用的跨接在初、次级之间的关键零部件,如变压器、光电耦合器和隔离电容器等关键件有更加高的要求。同时,对热带地区使用设备在绝缘强度要求上的变化也对关键元器件提出了额外要求。
三、关键元器件分类介绍及适用标准
一)需要有CCC认证强制要求的关键元器件
1、插头电源线、电线组件、互连电线组件。
标准要求:GB 2099.1-2008 ,GB 1002-2008, GB/T 5023.5-2008/IEC 60227-5:2003 。
2、器具输入插座、器具输出插座、器具插座。
标准要求:GB 17465.1-2009 。
3、熔断器、热熔断体、熔断电阻器。
标准要求:GB 9364.1-1997, GB 9364.3-1997。
提示:对于这些关键件不接受任何国外认证证书或自愿认证证书。对于小型熔断器有例外情况,当其额定电流值超过6.3A时(对于一些大功率设备需要),允许使用CQC证书或者国际认证的证书或随整机现场测试。
二)X/Y电容器
X/Y电容器---抑制电源电磁干扰固定电容器。基于在电路中的跨接位置, 在IEC 60384-14标准里将其分为X和Y电容器。
X电容器选用金属薄膜材料制作,接在输入线两端用来消除差模干扰;特点是容量较大,耐脉冲电压较低。X电容主要用于一次电路中两根相线之间或连接在一根相线和中线之间。
Y电容器一般由高压陶瓷材料制作, Y电容接在输入线和地线之间,用来消除共模干扰;特点是容量较小,耐脉冲电压较高。 Y电容主要用于一次电路与保护地之间以及初级与次级之间。
X、 Y电容器在电路中位置:
X电容器的分类:X电容器是一种适用于在电容器失效时不会导致电击危险场合的电容器,按迭加到电源电压上的峰值脉冲电压(使用中可能承受的)大小分为两类:X1, X2。
Y电容是nF级。
小类 |
使用时的峰值脉冲电压 |
应用 |
型式试验的电压 |
X1 |
>2.5 ≤4.0 (kV) |
高脉冲运用 |
4(kV) |
X2 |
≤2.5 (kV) |
一般用途 |
2.5(kV) |
Y电容器分类:Y电容器是一种适用于在电容器失效时会导致电击危险的场合的电容器。Y电容器一般分为Y1, Y2, Y4三各小类。
小类 |
额定电压 |
跨接绝缘类型 |
型式试验的电压 |
Y1 |
≤500( V) |
双重绝缘/加强绝缘 |
8 (kV) |
Y2 |
≥150 |
基本绝缘/附加绝缘 |
5(kV) |
Y3 |
≤150( V) |
基本绝缘/附加绝缘 |
2.5 (kV) |
提示:
允许使用等级更高的电容器,如规定使用Y2电容器时,则可以用Y1。
允许使用两个或更多个完全一样的电容器串联来代替单个电容器。
在我国由于电源工作电压是220V,所以不允许用Y4直接跨接在加强绝缘/双重绝缘。
我国对X/Y电容器的认证标准是GB/T 14472-1998(等同于国际标准IEC 60384-14)。
在GB4943.1-2011和GB8898-2011标准中对于基于海拔2000m以上产品的电气间隙限
值是2000m以下要求的1.48倍,因此在进行产品安全设计时需要考虑电容器引脚间及PCB铜箔以及电容器引脚同周边器件之间的隔离要求。
在进行产品设计选择电容器参数时要同时兼顾产品的安全和电磁兼容性。比如选择大容量Y电容器,抑制电磁干扰性能好,但可能接触电流的过大。
三)隔离电阻器
作为安全关键件电阻器均为桥接绝缘的电阻器,最常见的有隔离电阻器、泄放电阻器以及跨接在开关触点间隙上的电阻器。
桥接在双重绝缘或加强绝缘上(一种典型理解为危险带电零部件和可触及导电零部件之间)的电阻器为隔离电阻器。
应用在电子电路中,为容性元件(电容器等)放电使用的电阻为泄放电阻器。
作为安规关键件的隔离电阻器的认可标准:GB 8898-2011和GB 4943.1-2011。
在AV类产品中使用的隔离电阻器,只要有按GB 8898-2011标准认证的CQC证书,或者按GB 8898-2011标准进行规定项目的试验。
在IT类产品中使用的隔离电阻器,需要有按GB 4943.1-2011标准认证的CQC证书,或者按GB 4943.1-2011标准进行规定项目的试验,对于GB8898-2011的CQC证书的电阻器需要进行补差试验。
提示:
由于电阻器桥接的位置的不同需要选择不同的试验要求。如桥接交流电网电源和其他电路件的加强绝缘或双重绝缘的电阻器需要通过IEC 60068-2-78的湿热试验要求。如桥接在交流电网电源与天线或同轴电缆相连的电路之间的双重绝缘或加强绝缘上的电阻器,需要按GB 4943.1-2011附录N的相关脉冲试验的要求。
除了满足电阻器本身的试验要求外,还需要满足GB 8898-2011第13章或GB 4943.1-2011第2。10.3和2.10.4条款新规定的电气间隙、爬电距离的要求,以及限流电路的要求。如未通过试验的电阻器组,则需要在电阻器组中的电阻器依次短路的情况下依旧满足上述要求。
四)电涌抑制器VDR(压敏电阻器)
压敏电阻是一种具有非线性伏安特性的电阻器件,主要用于在电路承受过压时进行电压嵌位,吸收多余的电流以保护敏感器件。压敏电阻是一种限压型保护器件。利用压敏电阻的非线性特性,当过电压出现在压敏电阻的两极间,压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值,从而实现对后级电路的保护。主要用途:防雷,过压保护。
浪涌抑制型压敏电阻器(VDR)一般使用在一次电路中,此类组件不得连接在与电网电源连接的零部件和可触及导电零部件或与可触及导电零部件连接的零部件之间, 不允许用VDR来桥接附加绝缘、双重绝缘或加强绝缘。允许用VDR 来桥接功能绝缘和基本绝缘。应符合标准GB/T 10194的要求。
压敏电阻器特性曲线及保护电路:
压敏电阻器产品的认可标准是:
GB/T10193-1997( IEC60105-1)
GB/T10194-1997( IEC60105-2)
GB4943.1-2011;GB8898-2011
在AV类产品中使用, 需要有按GB/T10193-1997+GB/T10194-1997+GB8898-2011 标准认证的CQC证书,或者进行规定项目的随机试验。
在IT类产品中使用GB/T10193-1997+GB/T10194-1997+ GB4943.1-2011 标准认证的CQC证书,或者进行规定项目的随机试验。
提示:
对于在信息技术设备使用的压敏电阻器要关注确定的气候类别(优先是:10/85/21)。最大连续交流电压至少是设备额定电压或电源电压范围上限电压或脉冲电压的1.2倍。
压敏电阻器应通过电压波形是1.2/50us和电流波形是8/20us的6kV/3kA组合脉冲波试验。
注:对于外径尺寸较小的压敏电阻器一般很难通过该项试验,经验数据是至少10D(10mm)以上。
五)隔离变压器
在整机产品中最常用的元元器件是变压器,无论是在功能上还是安全上都可谓是最重要关键件。在信息技术设备和音视频及类似设备中常见的隔离变压器主要有开关电源变压器(高频)和安全隔离变压器(工频)。开关电源变压器主要用于开关电源电路中桥接一次电路和二次电路,起到加强绝缘或双重绝缘的作用。安全隔离变压器主要用于小型工频电源中,起加强绝缘或双重绝缘的作用。
变压器的选择
变压器除考虑额定输入电压或工作电压、额定工作频率、额定输出电压和电流以
及额定输出功率以外,更重要地是要考虑变压器的绝缘结构以及绝缘的状态;也就是说在电路中的隔离状态和耐压的程度。
变压器绝缘结构
根据设备的类别以及电路的防触电等级来选择变压器的隔离,应将变压器的绕组和导电零部件看作是与他们连接的电路的零部件,他们之间的绝缘应按照设备中绝缘的应用符合爬电距离、电气间隙以及绝缘穿透距离相应的要求。
变压器产品的认可标准GB19212.1-2008GB19212.5-2011GB19212.7-2012GB19212.17-2013GB4943.1-2011GB8898 -2011
对于开关电源用变压器的认证标准
1、GB19212.1+GB19212.17+GB4943.1+GB88982、GB19212.1+GB19212.17+GB4943.13、GB19212.1+GB19212.17+GB88984、GB4943.1+GB8898
对于安全隔离变压器的认证标准1、GB19212.1+GB19212.5/.7+GB4943.1+GB88982、GB19212.1+GB19212.5/.7+GB4943.13、GB19212.1+GB19212.5/.7+GB88984) GB4943.1+GB8898
提示:
对于预计在2000-5000m使用的设备,由于高海拔电气间隙的要求,电气间隙值要乘以1.48倍,因此要考虑变压器绕组内部绕组之间,磁芯等原件之间的隔离要求。
变压器设计的改变要同时考虑结构变化导致的对整机电路带来的变化是否会影响整机产品的电磁兼容性。
变压器选用合适的绝缘材料时应考虑电气、温度和机械强度、工作电压和工作环境的要求,天然橡胶、吸湿性材料和含石棉的材料不应作为绝缘来使用。如果不能确定材料否是为吸湿性,则通过潮湿处理来确定。新版 GB 4943.1和GB8898标准默认使用热带气候的湿热处理条件。
由于为满足新版对高海拔电气间隙的要求,变压器设计时会较多地采用无需隔层绝缘的绕组线(三重绝缘线 ),来满足电气间隙的高要求。在GB4943.1-2011附录U中增加了针对三重绝缘线的试验要求,该类型变压器随机试验时要送三重绝缘线 5根,进行相应的抗电强度及柔韧性和附着性试验.
注:GB19212.1附录K和GB8898-2011附录H都是对三重绝缘线的试验要求.
六)光电耦合器
光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。光电耦合器可以桥接各种等级的绝缘,包括功能绝缘、基本绝缘、附加绝缘、加强绝缘和双重绝缘等。在信息技术设备和音视频及类似电子设备中,通常所说的光电耦合器一般是指桥接加强绝缘和双重绝缘的光电耦合器。
光电耦合器电路结构:
光电耦合器的认证、认可标准
GB4943.1-2011
GB8898-2011
注:我国对于光电耦合器的认证中不对产品进行性能、可靠性及环境适应性的测试,仅
仅进行安全性的试验。
光电耦合器的要求
1、除了外部爬电距离和电气间隙要求外,光耦的内部爬电距离、电气间隙和绝缘穿透距离需满足要求。对高海拔的使用的产品必须满足电气间隙的1.48倍要求。
2、GB 4943.1-2011/GB8898-2011标准默认使用热带气候的湿热处理试验。标准中规定了光电耦合器符合性的替代试验。热循环后允许样品冷却到室温然后进行的湿热处理,然后立即进行的抗电强度试验。绝缘材料上不得有裂缝。对于光电耦合器还要切开,检查绝缘材
料中不得有孔隙。
七)继电器(开关)
继电器是一种电子控制元件,具有控制系统(输入回路)和被控制系统(输出回路),
通常应用于初次级隔离和控制,实际上是用较小的电流、电压(一般是直流)去控制较
大电流、较高的电压的一种“ 开关” 故在电路中起着安全保护和转换电路的作用。
继电器结构
在IT,AV产品用继电器(开关)的认证标准:
GB15092.1-2010(IEC61058-1)
GB8898-2011( IEC60065)
继电器(开关)的要求:
1、除了外部爬电距离和电气间隙要求外,继电器和开关的内部爬电距离、电气间隙也
需满足要求。
2、确定整机的使用环境,如是在高海拔和热带地区使用必须满足电气间隙和温升的例
外要求。
八)热敏电阻器(PTC、 NTC)
按温度系数可将热敏电阻器分为:正温度系数PTC( Positive TemperatureCoefficient)和负温度系数NTC(Negative Temperature Coefficient)两大类。
正温度系数热敏电阻器的阻值随着温度升高而增大,负温度系数热敏电阻器的阻值随着
温度升高而降低。
在GB8898-2011和GB4943.1-2011标准中主要涉及的主要是正温度系数热敏电阻器(PTC)。其在电路中的作用主要是防止电压过冲。CQC过去对PTC热敏电阻器产品的认证标准是GB/T7153-2002《 直热式阶跃型正温度系数热敏电阻器 第一部分:总规范》 。
提示:
由于GB8898-2011中对PTC热敏电阻器有附加要求,必须符合标准GB14536.1第15章, 17, J.15, J.17章的要求。因此适用于音视频、信息技术和电信终端设备的PTC热敏电阻器产品需要满足GB8898-20111以及Gb4536.1的标准要求。
对随整机CB报告认可的PTC其认可标准应等同GB14536.1的IEC60730-1/EN60730-1。
九)电池
随着技术的不断发展,越来越多的整机产品都使用电池作为供电电源。电池如发生安全事故,可能会引起电击、着火等危险从而造成严重危害。因此对于电池电路的安全设计和安全测试应该给予足够的重视。
使用电池的设备在设计上应当保证在正常条件下和设备中出现单一的故障(见1.4.14)、包括设备电池组件内电路的故障后,能减少着火、爆炸和化学泄漏的危险。对使用者可更换的电池,如果极性接反可能导致危险,则在设计上应当减少极性接反的可能。
我国原来对锂电池/电池组产品的认证标准有:
GB/T18287-2000(手机用锂电池)
GB 4943.1-2011/GB8898-2011( IT、 AV用锂电池及电池组)
IEC62133(便携式设备用二次电池)
2015年8月1日,我国最新推出《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》》(GB 31241-2014)强制标准,并要求自2015年8月1日起实施。目前CQC及赛西认证中心都开展了此标准的电池认证。国家也正在讨论电池产品依据次标准进行强制认证的可能。
提示:
在IT类产品认证中需要随机对电池进行106%额定输出电压和最大充电压试验以及电池托盘试验。
在AV类产品认证中需要补充跌落、应力释放试验。
目前CQC还出台了针对GB21341标准的电池随机试验要求。
十)印制线路板( PCB)
目前我国对印制线路板( PCB)的安全认证标准有
GB8898(IEC60065)
GB4943(IEC60950)
SJ3275
CQC推出了针对AV/IT产品用成品板的CQC认证,其认证标准是:
GB4943.1-2011
GB8898-2011
对随整机CB报告中认可的印制线路板只要满足等同于GB4943.1/GB8898新版标准均予认可。
十一)电动机(直流马达风扇)
CQC对电动机(直流马达风扇)产品的认证标准是: GB4943( IEC60950)。
用于IT/AV产品中的电机需要满足GB8898-2011中14.9章的相关要求,同时GB4943.1-2011附录B8、B9、B10要求也要满足。
十二)整件滤波器
整件滤波器是跨接在绝缘两端,用于抑制电磁波的由电容器、电感线圈(电阻器)构
成的组件。
CQC对整件滤波器产品的认证标准是:
GB/T15287-1994( IEC60393-1)
GB/T15288-1994( IEC60393-1)
GB 4943.1-2011和GB8898-2011标准基于海拔2000-5000米要求,其整件滤波器产品的电气间隙限值应是原要求的1.48倍,增加高海拔和或热带条件适用的产品,需补充试验。同时需要考虑引脚间及PCB铜箔以及引脚同周边器件之间的隔离要求。
来源:必学大课堂