【认证法规】安规要求和安全设计

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前言

对消费类产品的安规要求的简单总结。
安规——最佳的英文解释应当是Production Compliance。(产品符合性)
是指产品从设计到销售到终端用户，贯穿产品使用的整个寿命周期，相对于销售地的法律、法规及标准产品安全符合性。

一、安规要求

安规也就是安全标准规格，安规对制造的装置与电组件有明确的陈述与指导，以提供具有安全与高品质的产品给终端使用者。一般地，每一个国家都可以建立自己本国的电气安全标准，但是大多数的电源供给器制造厂商都是使用IEC，VDE，UL，CSA安全标准作为解决安全之需求。UL与VDE的安全标准有本质上的差异，UL规格比较集中在防止失火的危险，而VDE规格则比较关于操作人员的安全，对于电源供给器而言，VDE乃是较严厉的电气安全标准。

常见的安规测试项目如下：

1. 高压测试

高压测试为一种国际安规认证机构所要求的必测项目，产品须于出厂前座百分比的测试，它对产品而言，为品质的保证及电气安全性的指标，其测试方式是将一高于正常工作电压的异常电压加在产品上测试，并且这个电压须持续一段时间，最后判定只要无绝缘崩溃情形，即可算是通过此测试。

仪器：耐压测试仪
过程：
1）将所有电源断掉，包括排插电源
2）将三相电源取下，火零线接到一起然后接到耐压测试仪上的高压输出线；地线接到耐压测试仪的地线
3）打开耐压测试仪，点击绿色按钮，通过旋转按钮，调节电压为1.5kV，观察耐压测试仪是否报警
4）将耐压测试仪地线接到火零线，高压输出线接到碳纤维板上，可以用铜箔连接，调节电压为4kV，观察是否报警（是否打火）

2.绝缘阻抗测试

绝缘阻抗于相关的两点施加直流电压，最高可达1000伏特，通常使用单位为欧姆，可判定良品及不良品。

3. 接地阻抗测试

接地阻抗测试为测试产品的接地点，对产品的外壳或者金属部分，施加一个恒流电源来测试两点间的阻抗大小，一般产品规定测试25安培，阻抗不得大于0.1欧姆，而CSA则要求量测40安培检测，可检测出接地点螺丝未锁紧，接地线径太小，接地线路断路等问题。

仪器：接地电阻测试仪

1）打开仪器，点击绿色按钮，黑色接地线，红色接机器上金属部分
2）调节电流为25A，观察电阻是否小于0.1Ω（根据标准要求）

4. 泄露电流测试

是指当设备供应电流时，流经设备金属可接触部分经人体至接地部分或可接触部分的电流。

5. 输入测试

安规输入测试目的是考察产品设计时考虑输入是否满足产品在正常工作时，输入电路是否能够承受产品工作时需要的电流。在产品标准里面规定是：最大功耗的输入电流不能大于产品标称值的110%。这个标称值也是告诉用户该产品安全工作需要的最小电流，让用户在使用这个设备前要准备这样的电气环境。

6. 安全标识的稳定性测试

对用户使用安全的警告标识，必须是稳定可靠的，不能因为使用一段时间后，变得模糊不清，而导致用户错误使用，而导致危险，或直接导致危险发生。所以需要测试这个稳定性。在安全标准里面规定是：用水测试15S，然后用汽油测试15S，标识不能模糊不清。

7.电容放电测试

对一个电源线可以插拔的设备，其电源线经常会被拔出插座，拔出插座的电源插头，经常是被人玩，或任意放置。这样导致一个问题，被拔出的电源插头时带电的，而这个电随时间而消失，如果这个时间太长，那么将会对玩插头的人造成电击，对任意放置的电源插头会损坏其它设备或设备自己。因此各个整机安全标准对这个时间作出严格的规定。我们设计产品要考虑这个时间，产品作安全认证需要测量这个时间。

8. 电路稳定测试

SELV电路，就是安全地电压电路，这个电路对使哟个人员就是安全的，例如手机充电器的直流输出端，到手机，它们是安全的，可以任意触摸不会有危险。
注：SELV电路在不同的标准里面有不同解释，例如在IEC60364里面解释与IEC60950-1是不同的，因此关于SELV需要注意在哪个标准下面，其危险也是不同的。SELV电路需要满足特殊的要求，才能是SELV电路，这些要求是，在单一故障是，仍然是满足SELV电路要求的。因此对每一个SELV电路都需要做单一故障下的测试，证明是SELV电路是稳定的。测试时是将单一故障逐一引入，监视SELV电路。

9.限功率源电路

由于限功率源电路输出的功率很小，在已经知道的经验中，它们不会导致着火危险，因此在安全标准中，对这类电路的外壳作了专门降低要求规定，它们阻燃等级是UL94V-2。因此有这类电路都需要测量，证明它们是限功率源电路。

10. 限流源电路

搞过电工的人知道，AC220V电路经过一定的电阻之后，对人就没有危险了。那么究竟是多大的电阻，和电阻有什么样的要求。可能大家就不知道了。在安全标准里面就有这个规定，这个规定就是限流源电路。限流源电流，要求在电路正常和单一故障下，流出的电流是在安全限值以下的，对人不会导致危险小于0.25mA。对于隔离一次和二次电路的电阻是要求满足专门标准的耐冲击电阻。

12. 接地连续测试/接地电阻测试

搞过电气安装的人知道，有些设备必须接地，否则将在其可以触摸的表面有危险电压。这些危险电压必须通过接地释放。安规测试规定需要使用多大的电流，多久时间，测量的电阻必须小于0.1欧姆，或电压降小于2.5V(有条件使用这个值)。

1. 潮湿测试 :潮湿测试没，是模拟设备在极端环紧下，设备的安全性能。设备在制造出后，是在任何湿度下都能安全运行的，不能因为是雨季，湿度大而告诉用户设备不能使用。因此在设计时必须考虑设备在可以预见的湿度下满足安全要求，因此湿度测试是必须的。测试要求根据标准不同，有少量的差异。
2. 扭力测试 :扭力测试是设备外部导线在使用中，经常受到外力作用弯曲变形。这个测试就是测试导线能够承受的弯曲次数，在产品生命周期内不会因为外力作用发生断裂，AC220V电线外露等危。
3. 稳定性测试:设备在正常使用中，常常会有不同的外力作用，比如：比较高的设备人会靠住它，或有人在维护时攀爬它;比较矮的设备，外形如同凳子式的，有人可能会站在上面等。由于设备受到这些外力作用，设备在设计时没有考虑周全会导致设备倒塌，翻转等危险。因此设备设计完成后需要做这些测试。检查它们满足安全要求。
4. 外壳受力测试:设备在使用过程中，会受到各种外力作用，这些外力可能会使设备外壳变形，这些变形可能导致设备内部的危险，或指标不能满足要求。因此在设计设备时必须考虑这些影响，安全认证时必须测试这些指标。
5. 跌落测试:小的设备或台式设备，在正常使用中，可能会从手中或工作台跌落到地面。这些跌落可能会导致设备内部安全指标不能达到要求。因此在设计设备时必须考虑这种影响，在安全认证时需要测试这些指标。要求是设备跌落后，功能可以损失，但是不能对使用人员造成危险。
6. 应力释放测试:设备内部如果有危险电路等，设备在正常使用中，如果外壳发生变形，导致危险外露，这样是不允许的。此在设计设备时必须考虑这些影响，安全认证时必须测试这些指标。
7. 电池充放电测试:如果设备内部有可充电电池，则需要做充放电测试，和单一故障下的充电测试和过充电测试。这是因为设备在正常使用中，充电和放电，以及设备有故障，但是主要功能还没有损失，使用人员不会发现设备故障的，这种情况下，冲放电要求是安全的，不能因此而发生爆炸等危险。
8. 设备升温测试:(正常工作下内部和外部表面的温度)安全测试中，温升测试最为重要，虽然测试使用设备仪器与人工气候环境测试相同，但试考察项目和测试器件和目的有很大区别。人工气候环境主要考察设备的适应性和可靠性。而安规考察的是设备是否可以安全地工作。这里举一例来说明它们区别：安规测试主要测试安规器件的温度，比如绝缘材料在正常情况下工作温度，这个温度在最高的设备允许工作温度下，要小于绝缘材料的最大允许温度。如在25℃环境下测试绝缘材料温度是100℃，而绝缘材料只能在130℃以下安全运行，这是定义设备允许的最高工作温度很关键，如果设备是50℃的环境温度，那么绝缘材料换算到50℃的环境温度测试温度应该是125℃，满足小于130℃要求，测试通过。如果设备时60℃环境温度，那么换算到60℃的环境温度测试温度应该是135℃，大于130℃要求，测试不通过。同样其它的安规器件也需要测试工作温度。以判断是否满足要求。
9. 球压测试:作为支撑带危险电压的绝缘材料或塑料件，需要做球压测试，以保证在危险电压部件在高温工作时，塑料件有足够的支撑强度。测试温度是最高温度加上15℃，但是不小于125℃。球压时间是在要求温度下保持1H。

二、电路安全设计

爬电距离( Creepage Distance )
沿绝缘表面测得的两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间的最短距离。在不同使用情况下，由于导体周围的绝缘材料被电极化，导致绝缘材料呈现带电现象，此带电区的半径即为爬电距离。两个导电部件之间,或一个导电部件与设备及易接触表面之间沿绝缘材料表面测量的最短空间距离.沿绝缘表面放电的距离即泄漏距离也称爬电距离，简称爬距。
　　爬距=表面距离/系统最高电压.根据污秽程度不同,
　　爬的意思，可以看做一个蚂蚁从一个带电体走到另一个带电体的必须经过最短的路程，就是爬电距离。电气间隙，是一个带翅膀的蚂蚁，飞的最短距离。
　　国标里有具体规定，不同形状的绝缘，爬电距离的计算方法是不一样的。
　　在 GB/T 2900.18-1992 电工术语 低压电器 标准中对爬电距离有这样的定义：爬电距离 具有电位差的两导电部件之间沿绝缘材料表面的最短距离。
爬电距离的决定
　　根据工作电压及绝缘等级，根据标准可决定其爬电距离 　　
在220V的系统里, 通常：
（1）、一次侧交流部分：保险丝前L—N≥2.5mm，L.N 大地≥2.5mm，保险丝之后可不做要求，但尽量保持一定距离以避免短路损坏电源。
　　（2）、一次侧交流对直流部分≥2.0mm
　　（3）、一次侧直流地对地≥4.0mm如一次侧地对大地
　　（4）、一次侧对二次侧≥6.4mm，如光耦、Y电容等元器零件脚间距≤6.4mm要开槽。
　　（5）、二次侧部分之间≥0.5mm即可
　　（6）、二次侧地对大地≥2.0mm以上
　　（7）、变压器两级间≥8.0mm以上
　3、绝缘穿透距离：
　　应根据工作电压和绝缘应用场合符合下列规定：
　　——对工作电压不超过50V（71V交流峰值或直流值），无厚度要求；
　　——附加绝缘最小厚度应为0.4mm；
　　——当加强绝缘不承受在正常温度下可能会导致该绝缘材料变形或性能降低的任何机械应力时的，则该加强绝缘的最小厚度应为0.4mm。
　　如果提供的绝缘是用在设备保护外壳内，而且在操作人员维护时不会受到磕碰或擦伤，并且属于如下任一种情况，则上述要求不适用于不论其厚度如何的薄层绝缘材料；
　　——对附加绝缘，至少使用两层材料，其中的每一层材料能通过对附加绝缘的抗电强度试验；或者：
　　——由三层材料构成的附加绝缘，其中任意两层材料的组合都能通过附加绝缘的抗电强度试验；或者：
　　——对加强绝缘，至少使用两层材料，其中的每一层材料能通过对加强绝缘的抗电强度试验；或者：
　　——由三层绝缘材料构成的加强绝缘，其中任意两层材料的组合都能通过加强绝缘的抗电强度试验。