電子產(chǎn)品性能提升中，如何防止“安全”掉鏈子

最火手游“王者榮耀”將玩家分成“青銅、白銀、黃金...”等段位。筆者從青銅開始打到最強王者。是不是電子測量產(chǎn)品也可分成段位，隨著工程師努力，一步步從青銅提升到王者呢？做王者，必備要有一套銘文。對于電子測量產(chǎn)品，推薦銘文是“防爆防火防電擊”。

一、爆炸和起火

三星Note7爆炸消息頻發(fā)，最終完成270萬部召回工作，占全部投放量的88%。究其原因，手機電池的陽極與陰極隔離膜局部過薄，在絕緣膠帶未完全覆蓋極板涂層的情況下出現(xiàn)短路現(xiàn)象，導(dǎo)致電池異常發(fā)熱，最終燃燒甚至爆炸。產(chǎn)品設(shè)計時，為追求續(xù)航性能，在有限的體積內(nèi)裝盡可能多的電能，忽視安全導(dǎo)致了一場災(zāi)難。電子產(chǎn)品如何在性能提升過程中防止“安全”掉鏈子？ “防爆”的銘文推薦國際標(biāo)準IEC62133的CB認證。我司已標(biāo)配鋰電池的CB證書和運輸檢測報告。

圖1 手機起火爆炸后的殘骸

圖2 致遠電池安全認證證書

二、配件絕緣擊穿

統(tǒng)計顯示每天會發(fā)生5到10起弧閃事件。如果發(fā)生人身觸電，有可能引起嚴重?zé)齻袝r是致命的。這里把電擊事故中最有可能發(fā)生的一種情況描述為，使用絕緣配件對非隔離的電子產(chǎn)品進行保護，然而配件就像電池一樣不靠譜。這些典型的絕緣配件有“AC/DC適配器”、 “差分測量探頭”、 “鱷魚夾”、測試延長線”等。因為配件的電氣間隙和爬電距離不足或者標(biāo)識了錯誤（主要是更高）的安全等級，在過壓情況下，造成可觸及的絕緣擊穿。在電子測量產(chǎn)品使用前，請一定閱讀產(chǎn)品手冊的安全須知，特別留意這款產(chǎn)品有沒有“安全認證”？ “防電擊”的銘文，推薦國際標(biāo)準IEC/EN61010-031和IEC/EN61010-2-032的CB認證或CE認證。“認證”銘文的詳細分解為“物料管控→結(jié)構(gòu)設(shè)計→試驗→認證”。

圖3 配件絕緣擊穿和致遠電子示波器探頭的CB證書

三、物料管控

大家或許對電子產(chǎn)品安全認證機構(gòu)很陌生，致遠電子頻繁和第三方認證機構(gòu)UL、TUV、Intertek、SGS“親密接觸”。屬于“安規(guī)關(guān)鍵物料”，一定要有第三方檢測認證機構(gòu)的安全證書，主要為UL認證，如圖 4的UL黃卡。研發(fā)階段，在“樣品申請”和“物料轉(zhuǎn)正”環(huán)節(jié)，檢查溫度、阻燃等級、漏電起痕、最小厚度等安全參數(shù)。常見的“安規(guī)關(guān)鍵物料”有電池，AC/DC適配器，保險絲，安規(guī)電容等。有了這些安全認證的物料，我司電子測量產(chǎn)品整機才能通過CE認證！

圖4 UL黃卡和致遠電子產(chǎn)品的"CE"證書

四、結(jié)構(gòu)設(shè)計

安全的結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮把手承受力，穩(wěn)定性，外殼開孔不得導(dǎo)致可觸及危險電，且不能造成起火蔓延，金屬棱角圓潤光滑，電氣間隙和爬電距離符合要求等。電子測量產(chǎn)品的整機安全國際標(biāo)準依據(jù)IEC/EN61010-1和IEC/EN61010-2-030。這里對嚴格程度進行舉例，如絕緣內(nèi)部厚度。光耦的內(nèi)部最小厚度0.4mm。塑膠外殼，變壓器骨架，數(shù)字隔離器，麥拉片等內(nèi)部最小厚度要求，如圖 5：

圖5 固體絕緣厚度的要求值

?

五、試驗

在試驗過程中，能夠發(fā)現(xiàn)激情四射的放電火花。對絕緣的耐壓試驗之前，樣品經(jīng)過48小時的濕熱處理。有些AC/DC適配器在鋼球沖擊的過程中，超聲波縫隙開裂。有些供電電路RC設(shè)計不合理導(dǎo)致人手可觸及的插頭放電時間過長。產(chǎn)品即使在單一故障情況下也會進行試驗，例如風(fēng)扇堵轉(zhuǎn)，器件短路。一旦試驗判定Fail，進入整改環(huán)節(jié)，電子測量產(chǎn)品只在試驗通過的情況下進行轉(zhuǎn)產(chǎn)。

圖6 試驗暴露設(shè)計的缺陷

六、認證——標(biāo)識符號

很多電子產(chǎn)品的“標(biāo)識符號”不是那么標(biāo)準。如“警告標(biāo)識”，致遠電子依據(jù)國際標(biāo)準“ISO7000”的“0434B”進行設(shè)計。固定接地端子符號，依據(jù)國際標(biāo)準“IEC 60417”的“5019”進行設(shè)計。有些廠家的“CE”符號也有問題，產(chǎn)品的“CE”LOGO正確設(shè)計是中間“E”字符的中間橫杠和上下不一樣長。還有，警告文字做了背景色，黑色的比對色應(yīng)是黃色。正確的銘文請看仔細喲！

圖7 正確的安全符號和標(biāo)識

七、認證——測量類別

會有越來越多人在我司產(chǎn)品面板或手冊上看到測量類別。電子測量產(chǎn)品和配件的測量類別可能不同甚至不匹配。在危險場合選對測量類別，才不會出現(xiàn)誤用導(dǎo)致觸電。

測量類別IV為適用于在低壓設(shè)施的源端處進行的測量。簡稱CAT IV。例如電表、在初級過流保護裝置上和紋波控制單元上的測量。

測量類別III 為適用于在建筑物設(shè)施中進行的測量。簡稱CAT III。例如在配電板上、斷路器上、布線上包括電纜、匯流條上、接線盒上、開關(guān)上、固定設(shè)施的輸出插座上、工業(yè)用設(shè)備上以及其他設(shè)備上，例如與固定設(shè)施永久連接的駐立式電動機上的測量。

測量類別II為適用于在直接與低壓設(shè)施連接的電路上進行的測量。簡稱CAT II。例如在家用電器上、便攜式工具上和類似設(shè)備上的測量。

測量類別0為適用于在不直接與電網(wǎng)電源連接的電路上進行的測量。簡稱0。要求將該種設(shè)備的瞬態(tài)耐壓能力告知用戶。注：最新標(biāo)準IEC61010-2-030已無測量類別I。原無測量類別I被測量類別0替代。

圖8 測量類別示意圖

八、認證——布線

很多人談到布線很亂會帶來問題，最嚴重的莫過于安全問題。如圖中危險電和通信線纏繞在一起，危險電線的中間通過紅色絕緣膠布連接。無法對最壞的情況進行模擬，那么在對危險電隔離之外，我們盡可能通信電路進行設(shè)計，要求1500V的耐壓。如CAN總線隔離使用致遠電子CTM模塊，485總線隔離用致遠電子RSM模塊，LAN用以太網(wǎng)變壓器。

圖9 互相纏繞的布線

九、認證——產(chǎn)品手冊

產(chǎn)品手冊是安全設(shè)計的重要補充說明。如為防止觸電，在產(chǎn)品手冊中會這樣描述：電源線必須插在墻壁上或在可視范圍內(nèi)的具有保護地的插排上，不可插在引線混亂的插排上，插排不可過流使用。在產(chǎn)品手冊的提升過程中，會增加污染等級，海拔，CAT等安全參數(shù)，增加超量程的警告提示的和風(fēng)險評估。

圖10 產(chǎn)品手冊的安全參數(shù)

十、總結(jié)

ZLG致遠電子擁有十幾年的電子產(chǎn)品設(shè)計及認證經(jīng)驗積累，配備環(huán)境、射頻、EMC、安規(guī)、計量校準等實驗室。通過“物料優(yōu)選→設(shè)計評審→內(nèi)部檢測→第三方認證”對產(chǎn)品進行嚴苛管控，保障并提升“安全”性能，助力工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、電動汽車、電力電網(wǎng)、軌道交通、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)機器人及其他高可靠性應(yīng)用場合。