開關電源申請歐規(guī)的結構檢查和測試要點

1、開關電源申請歐規(guī)的結構檢查 和測試要點作者:日期:開關電源申請歐規(guī)的結構檢查和測試要點I $ I 創(chuàng)21 創(chuàng) 1開關電源是一種體積小、重量輕的高效節(jié)能電源。近年來被廣泛地應用到計算機、通訊設備、控制設備及家用電器等設備中。作為一名合格的開關電源設計工程師，在進行產品設計時，除 了應該盡可能地考慮如何滿足產品的性能要求外，還必須熟悉開關電源的安規(guī)要求，否則就可 能顧此失彼、事倍功半，造成開發(fā)進度的拖延和商機的流失。如今在越來越多的國家，電器產 品取得相應的安規(guī)證書已經(jīng)成為了市場的一種準入條件，如中國的CCC，歐盟的CE及美國的UL等等。本文主要以申請德國GS認證并用于IT設備的開關電源（所適用的

2、安規(guī)標準為EN60950:2000 ）為例，從結構檢查和測試兩個方面闡述開關電源的安規(guī)要求。一.結構檢查生產廠家把樣品送到認證公司之后，負責該項目的認證工程師首先會詳細檢查樣品的結 構，找岀樣品結構中所有不符合標準要求的地方，以便通知廠家及時更改，在對樣品進行測試 之前先解決所有結構方面存在的問題，避免在測試過程中或測試完成后才發(fā)現(xiàn)結構問題，影響 測試結果的準確性和認證的進度。那么，對于一個申請德國GS認證并用于IT設備的開關電源來說，比較常見的結構問題有哪些呢？首先要檢查的是樣品的外觀。其中最顯眼的莫過于產品的標簽了，根據(jù)EN 60950: 2000的要求，標簽必須清楚地標識產品使用時的額定

3、電壓或額定電壓范圍、額定電流、頻率、生產 廠家的名稱或商標、產品型號等，如果產品屬于二類結構，還必須標識“符號。生產廠家最容易犯的一個錯誤是產品標簽上只標有產品的額定輸入功率而沒有額定輸入電流。其次，如果產品的外殼上有散熱孔的話還必須檢查散熱孔的尺寸和具體的結構，開關電源最常見的散熱孔是長條形的，對于這種散熱孔來說如果其寬度不大于1毫米，則長度可以不加以考慮；在任何方向上都不大于 5毫米的孔也是合格的，如圓形孔或方形孔，對于圓形孔來說， 其直徑不能大于5毫米；而對于方形孔來說，其對角線不能大于5毫米。另外還必須考慮異物是否能夠直接進入開關電源內部，結構上不能防止異物從散熱孔垂直進入開關電源內部

4、的產品 同樣被認為是不符合標準要求的。最后檢查的是開關電源的內部結構。主要包括PCB上初次級電路之間、初次級的元器件之間、高頻開關變壓器的初次級線圈之間以及初級電路和元件到外殼可接觸表面之間的爬電距離和電氣間隙是否滿足加強絕緣的要求。爬電距離和電氣間隙的具體數(shù)值是由絕緣的類型即功能絕緣、基本絕緣、附加絕緣、加強絕緣和絕緣之間的工作電壓共同來決定的，可以查閱標準中的表 2H，2J，2L。對于一個最高輸入電壓為交流240V的開關電源來說，基本和附加絕緣的爬電距離和電氣間隙一般分別為 2.5毫米和2毫米，而對于加強絕緣來說這兩個數(shù)值則一般為5毫米和4毫米。PCB上初次級電路之間的隔離由于比較直觀，大

5、多數(shù)廠家在進行產品設計時都考慮到了，出現(xiàn)的問題比較少。初次級元件之間在隔離時經(jīng)常碰到的問題有：1 ）高頻變壓器的鐵芯和初次級元件之間沒有足夠的電氣間隙，造成初次級元件之間總的電氣間隙不能滿足標準要求；2）忽略了初級開關管的散熱器或次級整流二極管的散熱器分別到次級元件或初級元件之間的隔離； 開關電源由于在設計時考慮到總的散熱面積或EMC的需要，開關管的散熱器經(jīng)常延伸到次級側，或是次級整流二極管的散熱器延伸到初級側，生產廠家往往會在散熱器上纏上絕緣膠帶或 在元器件和散熱器之間用麥拉片（Mylar ）加以隔離，但是在工藝上卻沒有控制散熱器外面所纏膠帶的層數(shù)或麥拉片的厚度，有的只用一層絕緣膠帶或不夠0

6、.4毫米厚的麥拉片，有的甚至完全沒有隔離，而根據(jù)標準要求，至少必須使用兩層膠帶或0.4毫米厚的麥拉片，而且還必須經(jīng)受耐電強度的測試；3）高頻開關變壓器作為開關電源結構檢查的重要一環(huán)，也經(jīng)常岀現(xiàn)各種各樣的問題，如線圈在繞制時在骨架兩端沒有使用magin tape,初次級線圈引岀線沒有使用鐵氟龍?zhí)坠?，絕緣骨架本身存在結構問題以及使用三層絕緣線時引岀線彎折處沒有用套管加以保護 等。除此之外，在認證過程中我們還發(fā)現(xiàn)了一些其它常見的問題，如：PCB上保險絲兩個引腳的焊點之間、保險絲之前的L,N線之間的爬電距離或電氣間隙沒有達到標準要求，初級輸入線和次級輸岀線沒有雙重固定，僅僅存在基本絕緣的次級輸岀線在開

7、關電源內部的那一部分線太 長從而接觸到初級元件等。二、測試樣品的結構在經(jīng)過檢查和修改完全合格后，接下來的事情就是安排樣品的測試了。EN60950:2000 中的主要測試項目有：輸入電流，SELV （ Safety Extra Low Voltage:安全特低電壓）測試，LCC（Limited Current Circuit:限流電路）測試，LPS（Limited Power Supply:限流電源）測試，正常溫升，接觸電流，耐壓強度和故障測試。下面對這些測試一一加以闡述。1）輸入電流測量是測量樣品在額定電壓和頻率下接上額定負載時的穩(wěn)態(tài)輸入電流。所測得的 實際工作電流與標簽上所標識的額定電流進行

8、比較，標準要求產品的實際工作電流不能超岀額定電流的10 %。例如，對于輸入?yún)?shù)為100 240V，50/60Hz, 1A, 輸岀參數(shù)為 12Vdc, 4A的開關電源，測試時分別在100V,50/60HZ 和240V,50/60HZ 四種輸入條件下，調節(jié)樣品的輸 岀至4A,測得四個不同的輸入電流值 ，這四個數(shù)值都不能超過1.1A,否則該測試項目就不合格。2） 安全特低電壓（SELV）測量：對于開關電源來說，做該試驗時我們主要是測試開關電源可觸 及的輸岀端子兩端的電壓在試品正常工作及單一故障情況下的電壓值，根據(jù)標準要求，該電壓值不能超過42.4V的交流峰值或 60V的直流值。如果所持續(xù)的時間不超過

9、0.2秒，則該限值可以適當放寬至71V交流峰值或120V直流值。3）LCC （ Limited Current Circuit:限流電路）測試：測試時在開關電源的次級功能地和大地之間接上一個2KQ的無感電阻，如果初次級之間橋接了兩個丫2的電容，則短路其中一個電容。測試時必須綜合考慮在空載和負載兩種情況下所測得的通過2KQ無感電阻的最大電流值，由于該電流中既有高頻成分如開關電源的開關頻率又有低頻成分如輸入電源的頻率，而標準對不同的頻率下的電流的限值存在差異，如在輸入電源頻率下的流經(jīng)2KQ的無感電阻的電流限值為0.7mA峰值，而對于開關頻率為60KHZ下電流的高頻成分的限值為42mA（60x0.7

10、mA），所以在測量時可以分別測試這兩個頻率下流經(jīng)2KQ無感電阻的電流值，與標準的限值進行比較。4） LPS（Limited Power Supply:限流電源）：測試時分別考慮正常和故障兩種狀態(tài)，正常狀態(tài)時直接調節(jié)開關電源所接負載，測得開關電源最大的輸岀電流和最大輸岀功率；故障時則使電 壓反饋或過電流保護回路失效，同樣測量此時開關電源最大的輸岀電流和最大輸岀功率，和標 準的限值進行比較。該測試不是強制必須通過的，生產廠家可以選擇不做，但是如果樣品通過 了該測試，則可以在標簽上標注LPS字樣，表明該產品是限流電源，那么該開關電源如果用作其它產品如顯示器的電源時，顯示器內的連接器以及安裝在防火等級

11、為V-1級的PCB上的元器件可以不需要防火外殼。5）正常溫升：該測試的主要目的是檢驗生產廠家所選用的安規(guī)材料在正常工作條件下的溫升 值是否超岀了該材料本身的最高允許溫升限值，以及試品是否會因為過熱而危及到使用者或環(huán)境的安全。對于使用時直接連接到交流電網(wǎng)的開關電源，測試電壓分別為0.9倍和1.06倍的額定電壓，但是如果試品的額定輸入電壓為交流230V，那么這時的測試電壓則分別為 0.9倍和1.1倍的額定輸入電壓。例如，一個開關電源的額定輸入為100 240V，測試電壓為90V及254V ;但是如果一個開關電源的額定輸入為230V時，測試電壓則為 203V和253V。6）絕緣強度：主要用于檢驗試品

12、中的絕緣可以耐受電壓的程度。測試在正常溫升達到穩(wěn)態(tài)后 立刻進行。測試電壓的數(shù)值由絕緣的類型及所要測試的絕緣兩端的工作電壓兩個因素來決定。如一個二類結構、輸入電壓為100 240V的開關電源，其初級側危險帶電元件到塑膠外殼可觸及表面之間的絕緣就屬于加強絕緣，工作電壓為354V峰值，在做該測試時絕緣兩端所施加的電壓值為4240V峰值，持續(xù)時間為 1分鐘。所施加電壓的具體值可以查閱EN 60950:2000的表5B。7）故障測試：與正常工作條件不同，故障測試主要是測試被試品在模擬單一故障的情況下對 于使用者和使用環(huán)境而言是否仍然是安全的。對于開關電源來說，這里的單一故障包括非認證 電阻、非認證電容、二極管以及其它非認證元件的短路或開路，以及輸岀側的短路或過載，這 些故障條件不是同時進行的，而是逐