2018年02月06日 | 电子产品性能提升中，如何防止“安全”掉链子

最火手游“王者荣耀”将玩家分成“青铜、白银、黄金...”等段位。笔者从青铜开始打到最强王者。是不是电子测量产品也可分成段位，随着工程师努力，一步步从青铜提升到王者呢？做王者，必备要有一套铭文。对于电子测量产品，推荐铭文是“防爆防火防电击”。

一、爆炸和起火

三星Note7爆炸消息频发，最终完成270万部召回工作，占全部投放量的88%。究其原因，手机电池的阳极与阴极隔离膜局部过薄，在绝缘胶带未完全覆盖极板涂层的情况下出现短路现象，导致电池异常发热，最终燃烧甚至爆炸。产品设计时，为追求续航性能，在有限的体积内装尽可能多的电能，忽视安全导致了一场灾难。电子产品如何在性能提升过程中防止“安全”掉链子？ “防爆”的铭文推荐国际标准IEC62133的CB认证。我司已标配锂电池的CB证书和运输检测报告。

图1 手机起火爆炸后的残骸

图2 致远电池安全认证证书

二、配件绝缘击穿

统计显示每天会发生5到10起弧闪事件。如果发生人身触电，有可能引起严重烧伤，有时是致命的。这里把电击事故中最有可能发生的一种情况描述为，使用绝缘配件对非隔离的电子产品进行保护，然而配件就像电池一样不靠谱。这些典型的绝缘配件有“AC/DC适配器”、 “差分测量探头”、 “鳄鱼夹”、测试延长线”等。因为配件的电气间隙和爬电距离不足或者标识了错误（主要是更高）的安全等级，在过压情况下，造成可触及的绝缘击穿。在电子测量产品使用前，请一定阅读产品手册的安全须知，特别留意这款产品有没有“安全认证”？ “防电击”的铭文，推荐国际标准IEC/EN61010-031和IEC/EN61010-2-032的CB认证或CE认证。“认证”铭文的详细分解为“物料管控→结构设计→试验→认证”。

图3 配件绝缘击穿和致远电子示波器探头的CB证书

三、物料管控

大家或许对电子产品安全认证机构很陌生，致远电子频繁和第三方认证机构UL、TUV、Intertek、SGS“亲密接触”。属于“安规关键物料”，一定要有第三方检测认证机构的安全证书，主要为UL认证，如图 4的UL黄卡。研发阶段，在“样品申请”和“物料转正”环节，检查温度、阻燃等级、漏电起痕、最小厚度等安全参数。常见的“安规关键物料”有电池，AC/DC适配器，保险丝，安规电容等。有了这些安全认证的物料，我司电子测量产品整机才能通过CE认证！

图4 UL黄卡和致远电子产品的"CE"证书

四、结构设计

安全的结构设计要考虑把手承受力，稳定性，外壳开孔不得导致可触及危险电，且不能造成起火蔓延，金属棱角圆润光滑，电气间隙和爬电距离符合要求等。电子测量产品的整机安全国际标准依据IEC/EN61010-1和IEC/EN61010-2-030。这里对严格程度进行举例，如绝缘内部厚度。光耦的内部最小厚度0.4mm。塑胶外壳，变压器骨架，数字隔离器，麦拉片等内部最小厚度要求，如图 5： 

图5 固体绝缘厚度的要求值

五、试验

在试验过程中，能够发现激情四射的放电火花。对绝缘的耐压试验之前，样品经过48小时的湿热处理。有些AC/DC适配器在钢球冲击的过程中，超声波缝隙开裂。有些供电电路RC设计不合理导致人手可触及的插头放电时间过长。产品即使在单一故障情况下也会进行试验，例如风扇堵转，器件短路。一旦试验判定Fail，进入整改环节，电子测量产品只在试验通过的情况下进行转产。

图6 试验暴露设计的缺陷

六、认证——标识符号

很多电子产品的“标识符号”不是那么标准。如“警告标识”，致远电子依据国际标准“ISO7000”的“0434B”进行设计。固定接地端子符号，依据国际标准“IEC 60417”的“5019”进行设计。有些厂家的“CE”符号也有问题，产品的“CE”LOGO正确设计是中间“E”字符的中间横杠和上下不一样长。还有，警告文字做了背景色，黑色的比对色应是黄色。正确的铭文请看仔细哟！

图7 正确的安全符号和标识

七、认证——测量类别

会有越来越多人在我司产品面板或手册上看到测量类别。电子测量产品和配件的测量类别可能不同甚至不匹配。在危险场合选对测量类别，才不会出现误用导致触电。

测量类别IV为适用于在低压设施的源端处进行的测量。简称CAT IV。例如电表、在初级过流保护装置上和纹波控制单元上的测量。

测量类别III 为适用于在建筑物设施中进行的测量。简称CAT III。例如在配电板上、断路器上、布线上包括电缆、汇流条上、接线盒上、开关上、固定设施的输出插座上、工业用设备上以及其他设备上，例如与固定设施永久连接的驻立式电动机上的测量。

测量类别II为适用于在直接与低压设施连接的电路上进行的测量。简称CAT II。例如在家用电器上、便携式工具上和类似设备上的测量。

测量类别0为适用于在不直接与电网电源连接的电路上进行的测量。简称0。要求将该种设备的瞬态耐压能力告知用户。注：最新标准IEC61010-2-030已无测量类别I。原无测量类别I被测量类别0替代。

图8 测量类别示意图

八、认证——布线

很多人谈到布线很乱会带来问题，最严重的莫过于安全问题。如图中危险电和通信线缠绕在一起，危险电线的中间通过红色绝缘胶布连接。无法对最坏的情况进行模拟，那么在对危险电隔离之外，我们尽可能通信电路进行设计，要求1500V的耐压。如CAN总线隔离使用致远电子CTM模块，485总线隔离用致远电子RSM模块，LAN用以太网变压器。

图9 互相缠绕的布线

九、认证——产品手册

产品手册是安全设计的重要补充说明。如为防止触电，在产品手册中会这样描述：电源线必须插在墙壁上或在可视范围内的具有保护地的插排上，不可插在引线混乱的插排上，插排不可过流使用。在产品手册的提升过程中，会增加污染等级，海拔，CAT等安全参数，增加超量程的警告提示的和风险评估。

图10 产品手册的安全参数

十、总结

ZLG致远电子拥有十几年的电子产品设计及认证经验积累，配备环境、射频、EMC、安规、计量校准等实验室。通过“物料优选→设计评审→内部检测→第三方认证”对产品进行严苛管控，保障并提升“安全”性能，助力工业互联网、电动汽车、电力电网、轨道交通、医疗设备、工业机器人及其他高可靠性应用场合。