产品安规设计规范.docx
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产品安规设计规范
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产品安规设计规范
1概论
应用安全标准的目的在于减少由于下列危险造成伤害或危害的可能性。
—电击；
—与能量能关的危险；
—着火；
—与热有关的危险；
—机械危险；
—辐射；
—化学危险。
设计者不仅要考虑设备的正常工作条件，还要考虑可能的故障条件以及随之引起的故障，可预见的误用以及诸如温度、海拔、污染、湿度、电网电源的过电压和通信线路的过电压等外界影响。
2绝缘的分类
2.1功能绝缘（Function Insulation）
设备正常工作仅需要的绝缘
注：
所定义的功能绝缘并不起防电击作用，但是它可以用来减小引燃和着火的危险的可能性
2.2基本绝缘（Basic Insulation）
对防电击提供基本保护的绝缘
2.3附加绝缘（Supplementary Insulation）
除基本绝缘以外施加的独立的绝缘，用以减小在基本绝缘一旦失效仍能防止电击
2.4双重绝缘（Double Insulation）
由基本绝缘加上附加绝缘构成的绝缘
2.5加强绝缘（Reinforced Insulation）
一种单一的绝缘结构，在标准（GB4943，UL60950，EN60950）规定的条件下，其所提供的防电击的保护等级相当于双重绝缘
注：
“绝缘结构”这一术语并不是指该绝缘必须是一块质地均匀的整体，这种绝缘结构可以由几个不能像附加绝缘或基本绝缘那样单独来试验的绝缘层组成。
3产品资料的安规设计要求
3.1产品规格书：
产品规格书应包括:
抗电强度的描述、输入输出线与端子的描述、冷却条件的说明（如为强迫风冷且又未自带风扇，则要详细说明风扇的规格和安装位置）、完整的标签等，还应规定额定输入电压（范围）、额定输入频率（范围）、额定输出电流（范围）、最大输入电流、工作环境温度；产品规格书应对产品的安装方式或条件、保护接地方式以及安全性警告予以说明，以使公司对于用户的不规范操作带来的危害可以免除责任。
另外，产品规格书中的中英文应分开、独立。
关于产品规格书的制作和内容的具体要求如下。
3.1.1产品外形及主要规格：
ａ.型号应为产品在市场销售的名称，而不能写成公司内部的型号，如D78的产品规格的型号应为PMA52F，而不能写成D78。
ｂ.表示范围的符号应用“-”，而不能用“~”。
这个要求也同样适用于整份规格书。
3.1.2使用环境：
散热方式的自然风冷或强制风冷的条件要写清楚。
如果是强制风冷且未自带风扇，则应规定风扇的规格（型号、尺寸大小、电气额定值、风扇转速等）和安装位置以及其它说明，此信息可在“强制风冷环境”一节中详细描述。
另外，环境温度要注明清楚。
注：
环境温度的最大温度会影响到安规的一些测试（如温升、异常测试等），所以在客户的要求内应尽量将环境温度的上限值取低一些。
3.1.3电气特性：
ａ.如果产品的初级为危险电压的二次电路（例如DC-48V输入。
如果难以判断是否为危险电压的二次电路，可询问安规工程师），且产品本身不能承受加强绝缘的抗电强度，则应在电压输入的备注栏增加说明：
“本产品应由加强绝缘隔离的变压器或电池供电”。
注：
安规上的危险电压指的是高于42.4VAC峰值或60VDC的电压。
ｂ.额定输入电压（范围）、额定输入频率（范围）、额定输出电流（范围）、最大输入电流要清楚无误。
如果自然风冷、强制风冷时输出有所差异，则要详细说明。
C.额定电压和额定电压范围的问题：
对于AC输入，额定电压可标明为100-240VAC或200-240VAC，额定电压范围则可以是客户指定的输入电压范围，如“85-285VAC”等。
对于DC输入，额定电压可标明为“-36--76VDC”、“-40--75VDC”等形式，额定电压范围也可标明为客户指定的范围。
3.1.4安规及EMC特性：
将“绝缘强度”一词改为“抗电强度”。
3.1.5机械特性：
ａ.应对输入、输出连接器进行详细说明。
ｂ.如果输出有软线，则应写明各路输出和软线颜色一一对应关系。
C.如果输入、输出线有地线（指大地），则此地线必须用黄绿线。
3.1.6标贴：
参考本资料的3.1铭牌标签。
3.1.7强制风冷环境模拟：
应详细规定风扇的规格（型号、尺寸大小、电气额定值、风扇转速）和安装位置以及其它说明。
3.2变压器规格书:
变压器规格书中应包括其所用物料的清单（包含名称、规格、制造商、认证编号的信息）；对于安全性隔离变压器，其初、次级绕组出线都就套上绝缘套管并穿过挡墙1~2mm；规格书中应包括所有绕组的铜阻阻值；
如果产品需要申请UL认证，则变压器须有变压器绝缘系统认证，且变压器所用的材料及其供应商（磁芯除外）须为其绝缘系统内的材料及其供应商。
变压器的尺寸标注不应写为“XXMAX”的格式，而应为“XX±XX”的格式。
3.3电感规格书：
如果产品需要申请TUV认证，则需要提供各电感的铜阻阻值。
同样，电感的尺寸标注也不应写为“XXMAX”的格式，而应为“XX±XX”的格式。
4、安规元器件
安规关键性元器件应标注其厂商、规格、型号和参考位号。
对于本公司的产品来说，安规关键性元器件大体上指：
塑胶外壳、铭牌；
PCB板、保险丝、保险丝座（如果是塑胶的）；
压敏电阻、放电管；
电感、变压器（包括bobbin、线材、胶纸、挡墙、套管、清漆等）；
光耦、X电容、Y电容；
插座、开关、输入塑胶端子、各种软线；
热缩管、套管、PVC片、硅胶片、绝缘片；
风扇、继电器、温度开关；
Bulk电容、泄放电阻、整流桥、开关管。
对于具体机型和具体所用的场合，关键元器件的判定有所不同。
除Bulk电容、泄放电阻、整流桥、开关管外，其它关键性元器件一般需要与认证相对应的认证书。
（如，产品做UL认证，则需UL证书，做TUV认证，则需VDE证书或TUV证书。
）
5、安规标识
5.1铭牌标签：
铭牌标签通常应包括：
a.额定电压或额定电压范围。
以V为单位，电压范围用“-”隔开，多个额定电压和多种额定电压范围用“/”分开，如100-120V/200-240V，交流供电还应用“～”指明。
直流供电应用“”指明。
b.额定频率或额定频率范围，频率范围用“-”隔开，多个额定频度和多种额定频率范围用“/”分开。
（直流供电除外）
c.额定输出电流或额定输出电流范围。
以mA或A为单位，电流范围用“-”隔开。
d.制造商名称或商标。
e.产品型号。
f.如果是Ⅱ类（ClassⅡ）设备，应有Ⅱ类设备符号“回”。
g.如果已通过了认证，则应有相应的认证标志。
5.2PCB板的标识：
PCB板应丝印其厂商名称（或商标）、规格、防火级别、安规认证号等，还应丝印输入、输出（输出公共端不能用“GND”表示，而应用“COM”表示）的标识，火线（L）、零线（N）、地线（G）的标识、接地的标识，保险管的标识、机型号及版本、各元器件的标识等。
所有的标识应丝印在显著的位置上，不应被遮挡住，还应清楚无误。
保险管的标识必须包括：
额定电压、额定电流、位号。
如果客户或工程师有其它特性的要求（如慢熔‘T’、快熔‘F’、高分断率‘H’、低分断率‘L’等），也可标上，但工程师必须确定保险管的特性与所标特性一致。
如果电源外壳上有保险管座,操作者可直接更换，则此保险管的标识也必须包括快慢熔及高低分断率的特性。
5.3整机的标识：
开关上应标识其开/关状态（on/off），电感、变压器上应标识其规格、制造商的商标
或名称。
产品外壳上各种按钮、输出端子的功能应进行标识。
6、产品的安规设计要求
6.1工作电压的测量
在确定工作电压时，下列所有要求都适用：
a.额定电压值或额定电压范围上限值应：
-用作一次电路和地这间的工作电压；和
-在确定一次电路和二次电路之间的工作电压时应考虑；和
b.未接地的一次电路可触及导电零部件应假定其是接地的；和
c.如果变压器绕组或其它零部件是接地的，即不与相对于地有确定的电位的电路连接，则应假定该变压器绕组或零部件有一点接地，由于这一点接地而产生最高工作电压；和
d.如果使用双重绝缘，则基本绝缘上的工作电压，应按假定附加绝缘为短路的状态来确定，反之亦然。
对于变压器绕组之间的双重绝缘，应假定有这样一点发生短路，由于这一点短路而在其它绝缘上产生最高工作电压；和
e.对变压器两个绕组之间的绝缘以及对于变压器绕组与另一个零部件之间的绝缘，应取两绕组上任意两点之间的最高电压以及绕组上任意一点与该零部件之间的最高电压。
注：
一次电路：
直接与电网电源连接的电路。
二次电路：
不与一次电路直接连接，而是由位于设备内的变压器、变换器或等效的隔离装置供电或由电池供电的一种电路。
测试方法：
（1）测试条件：
电压：
额定电压的上限或额定电压范围的上限（取较大值）
频率：
额定频率的上限或额定频率范围的上限（取较大值）
负载：
正常工作时的最大负载或负载组合中的最严重情况。
（2）测试过程：
1、确定所有的受测点：
受测点可以是初、次极之间的任意的两点，通常可选取变压器、光耦、Y电容初、次极之间的任意的两个插脚。
如果测量初极或次极对地的工作电压，受测点可以是初、次极的任意的一点。
2、将输出的共同端（或输出的负极）和输入的N线（在整流桥前，对于AC-DC电源）或输入的负极（对于DC-DC电源）短接起来，以获取参考电压。
如果测量对地的工作电压，可将输入的N线（对于AC-DC电源）或输入的负极（对于DC-DC电源）和地之间连接起来。
3、将示波器的探头分别接到两个受测点上。
4、开机，将输入电压、频率、输出负载调到要求的大小。
5、调节示波器并读取示波器上显示的工作电压的最大峰值和有效值。
6、将示波器的探头接到另外的两个受测点上，重复上述的步骤1到4。
7、将测得的数值记录下来。
注：
确定电气间隙、爬电距离，需要用到工作电压的有效值和最大峰值。
确定抗电强度，需要用到最大峰值。
（3）判定：
无。
6.2、电气间隙和爬电距离
设备应同时满足安规上对设备所要求的电气间隙和爬电距离。
电气间隙和爬电距离的具体数值可参考附录5。
1附录A。
下面所列出的电气间隙和爬电距离的数值仅作一般情况下参考用，并不代表最后的实际情况。
6.2.1术语解释：
电气间隙：
导电体间测得的最短空间距离。
爬电距离：
导电体间测得的最短绝缘表面距离。
一般来说，爬电距离要求的数值比电气间隙要求的数值要大，布线时须同时满足这两者的要求（即要考虑表面的距离，还要考虑空间的距离），开槽（槽宽应大于1mm）只能增加表面距离即爬电距离而不能增加电气间隙，所以当电气间隙不够时，开槽是不能解决这个问题的，开槽时要注意槽的位置、长短是否合适，以满足爬电距离的要求。
6.2.2元件及PCB的电气隔离距离：
注：
电气隔离距离指电气间隙和爬电距离的综合考虑。
对于Ⅰ类设备的开关电源（本公司的大部分开关电源均为Ⅰ类设备）,在元件及PCB板上的隔离距离如下：
（下列数值未包括裕量）
a、对于AC—DC电源（以不含有PFC电路及输入额定电压范围为100-240V～为例）
电气间隙爬电距离
L线-N线（保险管之前）2.0mm2.5mm
输入-地（整流桥前）2.0mm2.5mm
输入-地（整流桥后）2.2mm3.2mm
输入-输出（变压器）4.4mm6.4mm
输入-输出（除变压器外）4.4mm5.5mm
输入-磁芯、输出-磁芯2.0mm2.5mm
b、对于AC—DC电源（以含有PFC电路及输入额定电压范围为100-240V～为例）
电气间隙爬电距离
L线-N线（保险管之前）2.0mm2.5mm
输入-地（整流桥前）2.0mm2.5mm
输入-地（整流桥后）2.2mm3.2mm
输入-输出（变压器）5.2mm9.0mm
输入-输出（除变压器外）4.4mm6.4mm
输入-磁芯、输出-磁芯2.2mm3.2mm
c、对于DC—DC电源（以输入额定电压范围为36-76V
为例）
电气间隙爬电距离
（DC+）-（DC-）（保险管之前）0.7mm1.4mm
输入-地（保险管之前）0.7mm1.4mm
输入-地（保险管之后）0.9mm1.4mm
输入-输出（考虑为基本绝缘）0.9mm1.4mm
输入-输出（考虑为加强绝缘）1.8mm2.8mm
输入-磁芯、输出-磁芯0.7mm1.4mm
6.2.3变压器内部的电气隔离距离：
变压器内部的电气隔离距离是指变压器两边的挡墙宽度的总和，如果变压器挡墙的宽度为3mm，那么变压器的电气隔离距离值为6mm（两边的挡墙宽度相同）。
如果变压器没有挡墙，那么变压器的隔离距离就等于所用胶纸的厚度。
另外，对于AC-DC电源，变压器初、次间绕组应用三层胶纸隔离，DC-DC电源，可只用二层胶纸隔离。
下列数值未包括裕量：
要求的隔离距离挡墙的最小宽度
AC—DC（输入电压100-240V~，未含PFC电路）6.4mm3.2mm
AC—DC（输入电压100-240V~，含有PFC电路）9.0mm4.5mm
DC—DC（电压36-76V）2.8mm1.4mm
注：
变压器的引脚如果没有套上绝缘套管，那么在引脚处的隔离距离可能也仅为胶纸加挡墙的厚度，所以变压器的引脚需要套上绝缘套管且套管要穿过挡墙。
6.3、温升
测试方法：
（1）测试条件：
电压：
额定电压的上限和下限或额定电压范围的上限和下限
频率：
额定频率的上限和下限或额定频率范围的上限和下限
负载：
正常工作时的最大负载或负载组合中的最严重情况（输入电流最大的情况）。
环境：
如做UL认证，可在常温下进行测试。
如做TUV认证，须在最高的工作温度下进行测试。
注：
如果在常温上进行此项测试，须考虑换算问题：
测得的温度加上最高工作环境温度与常温之间的差值，即得到最终的温度。
（2）热电偶的位置：
所有关键性元器件。
如在相同或类似的位置，可取其中的一个。
注：
关键性元器件可参考本资料的第2章“安规元器件”。
（3）测试过程：
1、确定受测的元器件。
2、将热电偶粘到受测的元器件上。
注意热电偶的位置，应是可能的发热最严重的地方。
3、开机，将输入电压调到额定电压的上限或额定电压范围的上限，输入频率调到额定频率的下限或额定频率范围的下限，输出负载调到要求的大小。
4、让受试设备持续工作，直至受试设备达到热平衡。
5、记录热电偶的读数。
注：
如果热电偶的读数在30分钟内的变化小于1℃，则可认为热电偶达到了热平衡。
（4）判定：
元器件测得的温度应在其额定的最高工作温度内。
温度限值：
下面是一些材料的温度限值
绝缘材料的温升要求：
（绝缘材料包括：
变压器所有部件等，但热塑材料除外）
正常时最大温度异常时最大温度
A级材料100℃150℃
E级材料115℃165℃
B级材料120℃175℃
F级材料140℃190℃
H级材料175℃210℃
如果用热电偶测量绕组的温升，上述的温度限值应该减少10℃，另外，各认证机构可能会有些附加要求，如额外要求裕量等。
其它零部件的温升要求：
零部件
最高温升，K
金属
玻璃、瓷料和釉料
塑料和橡胶
短时握持或接触的把手、旋钮、提手等
35
45
60
使用时连续握持的把手、旋钮、提手等
30
40
50
可能会被接触的设备外表面
45
55
70
可能会被接触的设备内表面
45
55
70
接线端子
60
内外部布线及电源线
50（无温度值标志T）
T-25（有温度值标志T）
其它元器件的温升要求：
应小于其允许的最高工作温度，其最高工作温度可参考相关元器件的技术参数。
6.4、抗电强度
测试方法：
（1）测试条件：
电压：
根据受测点的工作电压和要求的绝缘等级，从5.2、附录B抗电强度试验电压表查出
时间：
1分钟。
（2）测试过程：
1、确定受测位置（可能的受测位置有：
初极-次极，初极-，变压器的初极-变压器的次极，变压器的初极-变压器的磁芯，变压器的次极-变压器的磁芯）和测试电压。
2、将抗电强度测试仪的两个探头接到设备的受测位置上。
3、设置好抗电强度测试仪，开始测试，将测试电压由0慢慢调到要求值，在此要求值上持续1分钟。
4、判定试验。
5、复位。
重复第1步到第4步进行下一个受测位置的抗电强度测试。
注：
对于整机：
测试初极-次极，应将输入的L、N极短接（对于DC-DC电源，将输入的正负极短接）以及将输出短接，然后测试。
其它测试也同理。
（3）判定：
绝缘不应被击穿。
6.5、输出过载及变压器过载
输出过载测试方法：
（1）测试条件：
电压：
额定电压的上限或额定电压范围的上限（取较大值）
频率：
额定频率的上限或额定频率范围的上限（取较大值）
负载：
正常工作时的最大负载或负载组合中的最严重情况。
环境：
如做UL认证，可在常温下进行测试。
如做TUV认证，须在最高的工作温度下进行测试。
（2）测试过程：
1、将热电偶粘到受测点上（如做UL，受测点为所有的变压器；如做TUV，受测点为所有的变压器和电感）。
2、开机，将输入电压、频率、输出负载调到要求的大小。
3、将负载快速增加，直到输入电流达到最大，或设备关机，记录此时的负载读数。
如有多路负载，可将其中的一路负载快速增加，直到输入电流达到最大，或设备关机，记录此时的负载读数。
4、将负载调回到额定负载，持续工作，直至设备达到热平衡（热平衡的定义可考虑前面温升测试时的热平衡的定义）。
5、将负载增加到一个合适的大小，持续工作，直至设备达到热平衡或关机。
6、如设备关机，则进行到第7步。
如设备未关机，重复第5步，直到达到上述记录的最大负载。
一般，可分成4次（或4次以上）将额定负载增加到最大负载。
如果分成4次加载，第一次可增加记录的最大负载与额定负载的差值的40%，第二次增加记录的最大负载与额定负载的差值的30%，第三次增加记录的最大负载与额定负载的差值的20%，第四次增加记录的最大负载与额定负载的差值的10%。
7、记录最终的温度。
8、重复第3步到第7步，进行另外几路输出的过载测试。
9、对设备进行抗电强度测试。
（3）判定：
1、所测得的变压器（和电感）的温度没有超过附录5.3、附录C异常测试时变压器绕组和电感允许的温度限值。
2、抗电强度测试通过。
3、测试过程中没有异常的现象发生，例如，设备起火、冒烟、流出融熔的金属等。
变压器过载测试方法
变压器过载试验和输出过载试验相似，只是将带载点由输出端移至输出整流管之后，这样，输出的过载保护电路就可能不会起作用。
其它均与输出过载一样。
6.6、输出短路
测试方法：
（1）测试条件：
电压：
额定电压的上限或额定电压范围的上限（取较大值）
频率：
额定频率的上限或额定频率范围的上限（取较大值）
负载：
正常工作时的最大负载或负载组合中的最严重情况。
环境：
在常温下进行测试。
（2）测试过程：
1、将热电偶粘到受测点上（如做UL，受测点为所有的变压器；如做TUV，受测点为所有的变压器和电感）。
2、开机，将输入电压、频率、输出负载调到要求的大小。
3、将输出短路。
如有多路负载，可将其中的一路短路。
4、如设备关机，则重新选择一路输出，进行第3步的试验。
如设备未关机，则让设备持续工作，直至设备达到热平衡，记录最终的温度。
5、重新选择一路输出，重复第3步和第4步，如所有的输出均已进行了试验，进行下步试验。
6、对设备进行抗电强度测试。
（3）判定：
1、所测得的变压器（和电感）的温度没有超过附录5.3、附录C异常测试时变压器绕组和电感允许的温度限值。
2、抗电强度测试通过。
3、测试过程中没有异常的现象发生，例如，设备起火、冒烟、流出融熔的金属等。
注：
做此测试时，短路所用的软线或其它导体不能过长。
6.7、风扇堵转及通风孔堵塞
风扇堵转测试方法：
（1）适用条件：
适用于“风冷情况”为强制风冷的设备。
（2）测试条件：
电压：
额定电压的上限或额定电压范围的上限（取较大值）
频率：
额定频率的上限或额定频率范围的上限（取较大值）
负载：
正常工作时的最大负载或负载组合中的最严重情况。
环境：
如做UL认证，可在常温下进行测试。
如做TUV认证，须在最高的工作温度下进行测试。
（3）测试过程：
1、将热电偶粘到受测点上（如做UL，受测点为所有的变压器；如做TUV，受测点为所有的变压器和电感）。
2、开机，将输入电压、频率、输出负载调到要求的大小。
3、模拟风扇堵转的情况，如将风扇断电。
4、持续工作，直至设备达到热平衡或设备关机。
5、记录最终的温度数值。
6、如有多个风扇，重复第3步到第5步。
直至所有的风扇均被模拟了一次“风扇堵转”。
7、对设备进行抗电强度测试。
（4）判定：
1、所测得的变压器（和电感）的温度没有超过附录5.3、附录C异常测试时变压器绕组和电感允许的温度限值。
2、抗电强度测试通过。
3、测试过程中没有异常的现象发生，例如，设备起火、冒烟、流出融熔的金属等。
注：
设备的通风孔堵塞试验和风扇堵转试验有些类似，其测试条件和判定均一致。
通风孔堵塞试验测试过程：
1、将热电偶粘到受测点上（如做UL，受测点为所有的变压器；如做TUV，受测点为所有的变压器和电感）。
2、开机，将输入电压、频率、输出负载调到要求的大小。
3、模拟通风孔堵塞的情况，如用胶纸将所有的通风孔封闭起来。
4、持续工作，直至设备达到热平衡或设备关机。
5、记录最终的温度数值。
6、对设备进行抗电强度测试。
6.8、元件故障试验
设备的设计应能可能地限制因机械、电气过载或失效、或异常工作或使用不当而造成着火或电击的危险。
设备在出现异常工作或单一故障后，对操作人员安全的影响仍应保持在本标准的含义范围内，但不要求设备仍处于完好的工作状态。
可模拟下列的故障：
（安规上模拟的元件故障是指单一元件的单一故障。
）
1、一次电路中任何元器件的单一失效。
2、失效后可能会对基本绝缘、附加绝缘、加强绝缘有不利的影响的任何元器件的单一失效。
3、各个保护电路中的元器件的单一失效。
测试方法：
（1）测试条件：
电压：
额定电压的上限或额定电压范围的上限（取较大值）
频率：
额定频率的上限或额定频率范围的上限（取较大值）
负载：
正常工作时的最大负载或负载组合中的最严重情况。
环境：
在常温下进行测试。
（2）测试过程：
1、选出所有的模拟单一故障的元件或器件。
2、将热电偶粘到受测点上（如做UL，受测点为所有的变压器；如做TUV，受测点为所有的变压器和电感）。
3、将开关接到第1步中选出的一个元器件上。
4、开机，将输入电压、频率、输出负载调到要求的大小。
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