電源的安規(guī)設計(1)
安規(guī)的含義
以法規(guī)的形式實現(xiàn)電在應用中的安全;
是安全規(guī)范(法律法規(guī))和安全標準的簡稱。
執(zhí)行安規(guī)的目的
降低電氣產(chǎn)品對人身和財產(chǎn)的各種傷害,
包括電擊、起火、過熱、機械傷害等,
降低公司運行的風險。
電子產(chǎn)品設備可能存在的危險
)電擊;
)能量危險(如電池的正負極短路);
)著火;
)與熱有
安規(guī)的含義
以法規(guī)的形式實現(xiàn)電在應用中的安全;
是安全規(guī)范(法律法規(guī))和安全標準的簡稱。
執(zhí)行安規(guī)的目的
降低電氣產(chǎn)品對人身和財產(chǎn)的各種傷害,
包括電擊、起火、過熱、機械傷害等,
降低公司運行的風險。
電子產(chǎn)品設備可能存在的危險
)電擊;
)能量危險(如電池的正負極短路);
)著火;
)與熱有關的危險;
)機械危險;
)化學危險;
)輻射危險。
安全的基本原則
設備在正常使用及單一故障條件下,
防止引起人身傷害和著火等危險;
制造商應提供足夠的資料,
說明一切必須具備的條件,
以保證用戶在按制造商的規(guī)定使用設備時不會引起危險;
涉及安全的元器件,
應經(jīng)公認的試驗機構認可,
或作為設備的一個組成部分,承受有關試驗;
避免設備在操作、安裝、維修、運輸或儲存時引起維修,
則制造商應提供必要的說明。
與安全有關的說明書和設備標記應使用客戶識別的文字和標識。
安全防護的基本思想
危險位置與人之間提供雙重防護l防護的途徑為采用合理的絕緣措施:
、工作(功能)絕緣(F)
、基本絕緣 (B)
、附加絕緣 (S)
、雙重絕緣 (D)
、加強絕緣 (R)
、保護接地 (PE)
去除對人身安全的威脅
、觸電
、起火
、燙傷
、輻射
、機械傷害
電擊對人的傷害
人類對電的感應
、皮膚阻抗:人的皮膚阻抗根據(jù)皮膚的濕度改變,干的時候達到3兆歐姆,潮濕時大約500歐姆,皮膚的阻抗也會隨周圍環(huán)境溫度、疲勞情況空氣濕度、驚嚇、焦慮及其它因素改變。
、致命電流 :99%的健康男性的心臟能通過的極限電流的時間為:(即致命電流與時間)。
電流(A)
時間
危險電壓
、IEC 60950-1 辦公室環(huán)境
、IEC 60950-22戶外環(huán)境
人對溫度的刺激表現(xiàn)
、肌肉組織在50℃會遭到破壞;神經(jīng)組織會在更低的溫度下被破壞;
腦組織在42℃會被破壞;
、皮膚溫度達到44℃,6小時后,身體的調(diào)溫功能就會喪失同時細胞被破壞。
溫度在44℃~51℃之間,每升高1℃,細胞的破壞速度加快1倍,當達到80℃時只需要1秒,細胞就會被徹底破壞。
、電氣產(chǎn)品的常見溫度:PN結=150℃,PCB材料130℃;
、電線電纜過載時(3倍額定電流),金屬表面溫度為400℃左右;
、0.5A電流可以維持電弧,溫度2000℃~3000℃,維持電壓20V;
根據(jù)設備所處的環(huán)境,確定其污染等級
污染等級1——密封環(huán)境或類似;
污染等級2——辦公環(huán)境或類似;
污染等級3——工廠環(huán)境或類似;
安全距離的確定
安全距離包括
電氣間隙(空間距離),爬電距離(沿面距離)和絕緣穿透距離
、電氣間隙(cl-clearance):兩相鄰導體或一個導體與相鄰電機殼表面的沿空氣測量的很短距離。
、爬電距離(cr-creepagedistance):兩相鄰導體或一個導體與相鄰電機殼表面的沿絕絕緣表面測量的很短距離。
電氣間隙的決定:
根據(jù)測量的工作電壓(峰值工作)及絕緣等級,即可決定距離
一般來說, cr≥cl,布線時須同時滿足這兩者的要求(即要考慮表面的距離,還要考慮空間的距離),
開槽(槽寬應大于1mm)只能增加表面距離即爬電距離而不能增加電氣間隙,所以當電氣間隙不夠時,開槽是不能解決這個問題的,開槽時要注意槽的位置、長短是否合適,以滿足爬電距離的要求。
電氣間隙與海拔和大氣壓的關系:
電氣間隙海拔校正系數(shù)
爬電距離:主要由有效值或直流工作電壓確定;
、零部件之間沒有開槽的情況:根據(jù)工作電壓、污染等級、過電壓等級、
材料類別、絕緣類型進行查表;即為相應的電氣間隙和爬電距離;
、零部件之間有開槽的情況:開槽對電氣間隙沒有影響,僅影響爬電距離;
電氣間隙的確定:
根據(jù)測量的工作電壓及絕緣等級,即可決定距離
通常:一個側交流部分:保險絲前 L—N≥2.5mm,L.N PE(大地)≥2.5mm,保險絲
裝置之后可不做要求,但盡可能保持一定距離以避免發(fā)生短路損壞電源。
一個側交流對直流部分≥
一個側直流地對大地≥2.5mm (一個側浮接地對大地)
一個側部分對二次側部分≥4.0mm,跨接于一二次側之間之元器件
二次側部分之電隙間隙≥0.5mm 即可
二次側地對大地≥1.0mm 即可
附注:決定是否符合要求前,內(nèi)部零件應先施于 10N 力,外殼施以 30N 力,以減少其距離,
使確認為很糟情況下,空間距離仍符合規(guī)定。
爬電距離的確定:
通常:
(1)、一個側交流部分:保險絲前 L—N≥2.5mm,L.N 大地≥2.5mm,保險絲
之后可不做要求,但盡量保持一定距離以避免短路損壞電源。
(2)、一個側交流對直流部分≥
(3)、一個側直流地對地≥4.0mm 如一個側地對大地
(4)、一個側對二次側≥6.4mm,如光耦、Y 電容等元器零件腳間距≤6.4mm 要開
槽。
(5)、二次側部分之間≥0.5mm 即可
(6)、二次側地對大地≥2.0mm 以上
(7)、變壓器兩級間≥8.0mm 以上
在元件及PCB板上的隔離距離如下:(下列數(shù)值未包括裕量)
、對于AC—DC電源(以不含有PFC電路及輸入額定電壓范圍為100-240V~為例)
電氣間隙 爬電距離
線-N線(保險管之前)
輸入-地(整流橋前)
輸入-地(整流橋后)
輸入-輸出(變壓器)
輸入-輸出(除變壓器外)
輸入-磁芯、輸出-磁芯
、對于AC—DC電源(以含有PFC電路及輸入額定電壓范圍為100-240V~為例)
電氣間隙 爬電距離
線-N線(保險管之前)
輸入-地(整流橋前)
輸入-地(整流橋后)
輸入-輸出(變壓器)
輸入-輸出(除變壓器外)
輸入-磁芯、輸出-磁芯
、對于DC—DC電源(以輸入額定電壓范圍為36-76V 為例)
電氣間隙 爬電距離
(DC )-(DC-)(保險管之前)
輸入-地(保險管之前)
輸入-地(保險管之后)
輸入-輸出(考慮為基本絕緣)
輸入-輸出(考慮為加強絕緣)
輸入-磁芯、輸出-磁芯
更準確的做法,是根據(jù)安規(guī)標注對:工作電壓、污染等級、過電壓等級、
材料類別、絕緣類型進行查表;
然后根據(jù)海拔校正因子對電氣間隙和爬電距離進行計算;
安規(guī)器件的要求——X、Y電容
、Y電容必須滿足使用的電壓要求;
、Y電容必須滿足溫度要求
用于AC/DC一個側的X、Y電容必須是安規(guī)電容
、安規(guī)電容定義
安規(guī)電容的放電和普通電容不一樣,普通電容在外部電源斷開后電荷會保留很長時間,如果用手觸摸就會被電到,而安規(guī)電容則沒這個問題。
在交流電源輸入端,一般需要增加3個安全電容來抑制EMI傳導干擾。
圖片
分類
安規(guī)電容分為x 型和y 型。交流電源輸入分為3 個端子:火線L/零線N/地線G,(L=Line,N=Neutral, G=Ground)??缬凇癓-N”之間,即“火線-零線”之間的是X 電容;跨于“L-G/N-G”之間,即“火線-地線 或 零線-地線”之間的是Y 電容?;鹁€與零線之間接個電容就像是“X”,而火線與地線之間接個電容像個“Y”,這些都不是按什么材質來分的。
電容:由于這個電容連接的位置也比較關鍵,同樣需要符合相關安全標準。X電容同樣也屬于安全電容之一。根據(jù)實際需要,X電容的容值允許比Y電容的容值大,但此時必須在X電容的兩端并聯(lián)一個安全電阻,用于防止電源線拔插時,由于該電容的充放電過程而致電源線插頭長時間帶電。安全標準規(guī)定,當正在工作之中的機器電源線被拔掉時,在兩秒鐘內(nèi),電源線插頭兩端帶電的電壓(或對地電位)必須小于原來額定工作電壓的30%。
作為安全電容之一的X電容,也要求必須取得安全檢測機構的認可。X電容一般都標有安全認可標志和耐壓AC250V或AC275V字樣,但其真正的直流耐壓高達2000V以上,使用的時候不要隨意使用標稱耐壓AC250V或者DC400V之類的的普通電容來代用。通常,X電容多選用紋波電流比較大的聚脂薄膜類電容。這種類型的電容,體積較大,但其允許瞬間充放電的電流也很大,而其內(nèi)阻相應較小。
電容分為X1, X2, X3,主要差別在于
、X1耐高壓大于2.5 kV, 小于等于
目前這種電容需求不是太多,預計未來也會成為需求趨勢。
耐高壓小于等于
這種X2電容目前的在國際應用中出現(xiàn)不同的認可標準,但是都是符合國內(nèi)外認可的,請放心使用,不能因錯誤的引導指示其它的安全證書不能用的原因。這個原因的造成因素主要是是:
因為某些部分國家的交流輸出和輸入不同,
比如:日本的110VAC,中國的220VAC等等。
現(xiàn)行業(yè)中出現(xiàn)標稱電壓的有:250VAC/275VAC/280VAC/300VAC/305VAC/310VAC/315VAC/330VAC,
還有法拉的440VAC等,
這是應不同需要規(guī)定的行業(yè)國際標準;
穩(wěn)態(tài)濕熱的執(zhí)行標準有21天的和56天的,都符合國際標準;
阻燃等級有C級和B級,也都符合國際的測試等級標準;
電容的溫度標準有100度和110度,同樣符合國際執(zhí)行測試的溫度標準。
耐高壓小于等于
目前各行業(yè)中用X3的安規(guī)電容比較少,一般都選用X2的標準。
電容:
小類
跨接的絕緣類型
額定電壓
耐久性試驗前施加的峰值脈沖電壓
雙重絕緣或
增強絕緣
≦
基本絕緣或
輔助絕緣
≧
≦
基本絕緣或
輔助絕緣
≧
≦
—
基本絕緣或
輔助絕緣
—
這兩個Y電容連接的位置比較關鍵,必須需要符合相關安全標準, 以防引起電子設備漏電或機殼帶電,容易危及人身安全及生命。
它們都屬于安全電容,從而要求電容值不能偏大,而耐壓必須較高。
一般情況下,工作在亞熱帶的機器,要求對地漏電電流不能超過
工作在溫帶機器,要求對地漏電電流不能超過0.35mA。
因此,Y電容的總容量一般都不能超過4700PF(472)。
電容的電容量必須受到限制,
從而達到控制在額定頻率及額定電壓作用下,
流過它的漏電流的大小和對系統(tǒng)EMC性能影響的目的。
規(guī)定Y電容的容量應不大于0.1uF。
電容除符合相應的電網(wǎng)電壓耐壓外,
還要求這種電容器在電氣和機械性能方面有足夠的安全余量,
避免在極端惡劣環(huán)境條件下出現(xiàn)擊穿短路現(xiàn)象,
電容的耐壓性能對保護人身安全具有重要意義。
特別指出:
作為安全電容的Y電容,要求必須取得安全檢測機構的認可。
電容外觀多為橙色或藍色,
一般都標有安全認可標志(如UL、CSA等標識)和耐壓AC250V或AC275V字樣。
然而,其真正的直流耐壓高達5000V以上。
必須強調(diào),Y電容不得隨意使用標稱耐壓AC250V或者DC400V之類的普通電容來代用。
安規(guī)電容為什么可以實現(xiàn)快速放電?
允許瞬間充放電的電流也很大,而其內(nèi)阻相應較小。X電容采用塑封常用外方形和內(nèi)部高壓OPP(金屬化聚丙烯材料卷繞加工而成)。因為內(nèi)阻小、所以,OPP材質不但有更好的電氣性能,而且與電源的輸入端并聯(lián)可以有效的減小高頻脈沖對電源的影響。
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