2004年7月A版

　　電子產(chǎn)品的安全性已越來越受到人們的關注，不僅僅局限于家用電器，測試與測量產(chǎn)品也要進行安全性認證。如果公司不具備一流的安全性設計理念，就會重復地犯同樣的錯誤，延誤產(chǎn)品的上市時間。

　　家用電器和信息技術設備領域的用戶在長期使用過程中形成了免受電氣傷害的安全意識。測試與測量產(chǎn)品安全性意識的增強，首先歸之于新的高壓測量分類和安全操作的額外保護的需要，例如用戶在測量操作時，可能會接觸到高于1千伏的電壓。除了高壓潛在危險，測試與測量產(chǎn)品使用范圍的擴大也是個重要原因。產(chǎn)品要在商業(yè)企業(yè)、實驗室、工業(yè)領域和危險的場所使用，拓寬了工作條件，諸如高溫、污染或潛在易爆氣體的環(huán)境。因此，測試與測量產(chǎn)品需要專門的安裝過程、標記要求和操作說明。

強制性認證標準

　　在著手安全性設計與認證之前，了解起重要作用的標準和認證過程是至關重要的。標準是產(chǎn)品安全性設計和測試技術規(guī)則的基石。安全性標準涉及的領域包括：元件、機殼、接地、絕緣、分類、溫度限制、標記與標識、說明文件、易燃性，以及測試方法等。

　　國際技術委員會(TC)測試與測量產(chǎn)品分會(TC66)制訂了國際電工委員會(IEC)標準，提案主要來自工業(yè)企業(yè)、測試機構以及有關各方。IEC標準是世界各國制訂標準，包括北美CL/CSA和歐洲標準的基礎。

　　標準被認為是最低可接受的條件。測試與測量設備的IEC61010—1標準規(guī)定了旨在專業(yè)、工業(yè)過程和教育領域使用的電氣產(chǎn)品和附件的安全性要求。

國外主要認證機構和各種標識

　　認證是從權威的第三方取得合格證書的過程，它表示產(chǎn)品和元件已符合相關的標準。產(chǎn)品檢驗合格后允許在其顯著的位置貼上合格性標識。

　　Under writers laboratories(UL)和CSA International (CSA)是北美獨立的產(chǎn)品安全性測試和認證機構。產(chǎn)品上UL和CSA標識表明，產(chǎn)品已經(jīng)過測試并符合UL/CSA要求。組合的cULus或cCSAus標識則表示符合美國或加拿大安全性標準：諸如UL3111-1(UL61010B-1)、UL3121-1(UL61010C-1)以及CAN/CSA C22.2  NO.1010.1。

　　UL、CSA和FM標識證明產(chǎn)品可在含有易爆氣體的危險場所使用，它采用的標準是UL1604、IEC/UL60079-15、CSA C22.2 NO.142-M1987等。

　　美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)還頒布了各類產(chǎn)品電磁干擾條例，產(chǎn)品涉及發(fā)射機、接收機、信息技術和類似的微處理器基設備。FC是該機構認可的電磁干擾合格聲明。為了簡化計算機及相關設備的授權過程，并使FCC要求與全球市場要求接軌，F(xiàn)CC修改了第2部分第15部分，允許生產(chǎn)廠家自己進行授權。美國FCC和加拿大EMI Verification A類數(shù)字設備要求包括FCC Part15和ICES-003。

　　Notified Bodies是歐洲認可的安全性測試和認證機構，它依據(jù)的是歐洲標準EN61010-1。該機構的主要目標是保護消費者的健康。為供應商CE標識提供獨立的第三方支持。標識的實例有VDE、TUV和DemKO。EX則是危險場合使用認證標識，它表示符合EU Directive 94/9/EC的基本要求。測試與測量產(chǎn)品的易爆氣體標準是EN50021，保護系統(tǒng)分類：EExnC IIC T4。

　　當產(chǎn)品的輸入電壓在50~1,000VAC或75~1,500VDC時，或產(chǎn)品易產(chǎn)生電磁干擾或受電磁干擾影響，產(chǎn)品應具有European Conformity(CE)標識。CE標識表示產(chǎn)品符合公共使用要求，如Directive 89/336/EEC(EMC)和73/23/EEC。CE是生產(chǎn)廠家或供應商自己公告的，其測試標準有EN55011(EMC輻射)，EN61326(EMC抗擾度)和EN61010-1(產(chǎn)品安全性)。

　　盡管產(chǎn)品生產(chǎn)廠家或供應商最終應對產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性負責，安全性標識畢竟可以提高公司的信譽度，避免風險，擴大銷量。乍一看，認證過程比較復雜，但一旦和測試與認證機構建立良好的合作關系，授與產(chǎn)品認證標識也是順理成章的。

產(chǎn)品分類

　　測試與測量產(chǎn)品的安全性分類與產(chǎn)品的工作電壓或額定功率以及工作環(huán)境有關。該分類是國際通用的。

測量分類

　　測量分類也稱安裝分類，它確定配電系統(tǒng)中標準化的脈沖承受電壓電平。圖1表示建筑物各個部分與測量分類的關系。較高級別測量分類意味著PCB較大的間距，通常元器件的體積也較大。下列是依據(jù)IEC61010-1的定義。

　　測量分類I：是最底層的，瞬間電壓不高的分類。CATI是對不和墻壁上交流電源插座直接連接的電路進行測量，如帶保護的變壓器次級、信號電平和能量有限的電路。

　　測量分類II：對直接和配電系統(tǒng)，比如墻壁插座(11S/230VAC)，相連接的電路進行測量。測量的例子有家用電器和便攜式工具等。

　　測量分類III：對建筑物的配電設備進行測量，諸如固定設備和電路斷電器中的硬接線裝置。

　　測量分類IV：對供電干線(<1,000V)進行測量，諸如干線過流保護裝置、紋波控制單元或電表。

污染度

　　導電麈?；驖駳鈺p少材料的表面電阻和耐壓，增加潛在的電壓電弧放電。污染度是根據(jù)導電麈埃、電離氣體和濕氣的數(shù)量來測定彈性材料或絕緣體的絕緣能力。較高的污染度要求較寬的PCB間距和體積較大的元件。辦公室通常是2度污染環(huán)境。某些工業(yè)領域是3度污染環(huán)境。

　　1度污染：沒有污染，或無影響的小污染，非導電性污染。

　　2度污染：通常指僅為非導電性污染或因冷凝作用形成的暫時性導電污染。

　　3度污染：導電性污染，或小污染、非導電性污染因冷凝作用形成的導電性污染。

安全性設計步驟

　　從上面介紹可知，安全性并不涉及產(chǎn)品的性能或功能特性，而只表明產(chǎn)品符合安全性標準，不會傷及用戶。產(chǎn)品設計人員要考慮的因素很多，包括正常使用條件、可能出現(xiàn)的故障條件和由此引起的故障、可預見的不正確使用方法、以及溫度、高度、污染、濕氣、過壓等外部影響。這里推薦，在進行安全性設計時應優(yōu)先考慮的步驟：

　　元器件：識別安全性關鍵元器件的安全性標識，確保它們符合US和EU標準。

　　結構與設計：滿足結構與設計的全部要求，包括絕緣性、PCB間距、機殼、標記與標識、接線、材料、以及用戶說明書。

　　測試：產(chǎn)品應通過相關的全部安全性測試，包括介質(zhì)的耐壓性、接地連續(xù)性、溫度和異常條件。全部產(chǎn)品安全性評估與測試應由有資格的人員進行，確保其可信度。

安全性原則

　　用戶在產(chǎn)品正常操作時或在單次故障后應受保護，避免電氣傷害。用戶可接近的元件是通過使用各種形式絕緣、機殼和其它手段進行保護的。所謂元件是可接近的，如果它可以用手指或探針觸模的。

　　工作電壓大于42.4Vpk/60VDC時是危險的，容易造成觸電。工作電壓意指任何絕緣體上可能存在的AC電壓最大均方值或DC電壓值。IEC61010-1：1990中規(guī)定，正常條件下的安全電壓極限為30Vrms/42.4Vpk/60VDC；而IEC61010-1：2001則規(guī)定為33Vrms/46.7Vpk/70VDC。如果將危險的工作電壓橋接至安全極低電壓(SELV)時，會損壞產(chǎn)品，用戶有觸電或被燒傷的風險。

　　SELV電路是工作電壓低于42.4Vpk/60VDC的電路，這類電路隨處可見，包括打印、鍵盤和PC的連接器等，是沒有危險的，用戶是可接近的。因此，SELV電路應采取適當方式和危險工作電壓絕緣開，以保護用戶。

　　絕緣有多種形式，諸如隔板、接地或一定的間隔距離?；窘^緣形式指單層絕緣體或間隔規(guī)定的距離，它是第一個保護層。輔助絕緣采用幾層絕緣體或兩倍于基本絕緣距離。當一層絕緣出現(xiàn)故障時，雙重絕緣仍能保護用戶。增強型絕緣是單個絕緣體，它的厚度相當于幾層絕緣體。圖2表示一種絕緣系統(tǒng)，其中危險工作電壓是采用雙重絕緣和無危險電壓隔離的，而機殼采用基本絕緣和危險工作電壓隔離的。要是機殼沒有安全接地，則需要雙重絕緣。

安全性關鍵元件

　　顧名思義，安全性關鍵元件特指嚴重影響產(chǎn)品或用戶安全的元件。這類元件通常處于危險的工作電路中，尤其是橋接在雙重絕緣體/增強型絕緣體上，例如光隔離器、繼電器、保險絲以及插座、開關、終端塊和電源一類AC輸入元件。

　　安全性關鍵元件應符合相關的元件標準，且其額定值要按最終產(chǎn)品標準來選擇。UL和IEC元件標準對絕大多數(shù)元件是不兼容的，因此在美國和歐洲，需要驗證這兩種標準的一致性，認證標記是元件符合標記的證明。這里還要指出，CE標記是針對產(chǎn)品的，而不是針對元件的。

絕緣體

　　在導電部件間設計有絕緣體的產(chǎn)品能恰當?shù)乇Ｗo用戶，免受危險工作電壓的傷害。最小絕緣值(間距)與下列5個因素有關：

　　測量分類；

　　污染程度；

　　工作電壓；

　　絕緣類型：基本、輔助、雙重/增強；

　　相對漏電痕跡指數(shù)(CTI)。在實際操作中，我們還要區(qū)分：凈間距(clearance)是兩個導電部件通過空氣測量的最短距離；漏電間距(creepage)是兩個導電部件沿其表面測量的最短距離。漏電間距總是大于凈間距。在PCB上或部件內(nèi)部，測量的是兩導體最接近導電部件(如PCB上焊盤邊沿)間的距離。部件內(nèi)部距離意指連接器內(nèi)部插針間或光隔離器引腳間的距離。CTI是確定PCB、連接器以及其它部件漏電間距的一個參數(shù)。供應商的產(chǎn)品規(guī)格中應提供CTI值，在未規(guī)定的場合，對PCB，CTI應大于175；對各類部件，CTI應大于100?；谏鲜龅母拍詈蛥?shù)，IEC61010-1:1990規(guī)定了相應的凈間距和漏電間距(見表1)。

電路間進行絕緣通?？勺裱铝性瓌t：

　　危險工作電壓與SELV間采取雙重/增強型絕緣。

　　危險工作電壓與安全接地電路/機殼間可采取基本絕緣。

　　危險工作電壓與未接地的金屬機殼間應采取雙重/增強型絕緣。

　　在危險電壓電路內(nèi)部，一般采取基本絕緣。

結語

　　隨著國際標準成為全球通用的事實上法規(guī)以及用戶安全意識的增強，生產(chǎn)廠家采取正確的安全設計策略是義不容辭的責任，這就要求生產(chǎn)廠家了解安全性概念，熟知各種安全標準和標識。產(chǎn)品應嚴格按照元件、結構與設計、測量的步驟來進行。凈間距和漏電間距則可參照IEC61010-1:1990的規(guī)定(表1)來執(zhí)行?！?東華)