关于信息技术类用电源适配器安全不合格案例分析

关于信息技术类用电源适配器安全不合格案例分析

邱福光 常伟 林作栋

中国质量认证中心 广东广州 510663

摘要：本文主要对电源适配器安全结构进行分析和总结。通过一些案例分析说明提供给相关企业，如何生产符合标准规定的合格产品。降低消费者对产品的使用风险，减少企业经济损失。

关键词：电源适配器，不合格，案例分析，安全

近些年，电子产品应用越来越多，体积也越来越小，产品的安全性能更加引人关注，特别是大功率的快充型电源适配器，由于设备轻巧，携带方便，深受人们的喜爱，给人们生活带来的便利的同时，却不能忽略了这些电源适配器存在的安全隐患。我们这次通过一些案例来分析电源适配器主要存在哪些不合格问题，以及电源适配器的生产厂如何严格控制加工工艺过程和消费者如何选择合格的产品。

一、标准中对于电源适配器的要求

对于给信息技术类产品供电的电源适配器属于国家强制性目录范围。使用的安全标准为GB 4943.1-2011，对电源适配器的标准中主要测试项目如下：

电源接口、标记和说明、电击和能量危险防护、SELV电路、限流电路、受限制电源、接地和连接保护措施、电气绝缘、电气间隙、爬电距离和绝缘穿透距离、布线,连接和供电、机械强度、插脚尺寸、发热要求、外壳的开孔、防火、接触电流、抗电强度、异常工作和故障条件。

通过以上相关试验后，产品不能出现标准意义上的危险，如：电击、能量失衡及元器件失效造成的着火、热灼伤、机械伤害、化学和辐射危险。

二、电源适配器测试不合格项目案例分析

目前主要的常见的不合格项目有：抗电强度、电气绝缘、电气间隙和爬电距离、直插式设备、温升和耐异常热、结构和布线等。我们这节主要具体介绍产品认证过程中，常见的测试不合格项以及对应的整改意见。

1. 电气间隙、爬电距离

这部分的设计应确保尺寸不会因为瞬态过电压和峰值电压过大而击穿电气间隙和在爬电距离给定的工作电压和污染等级下不会出现绝缘闪络或击穿，距离应满足标准限值要求。我们通过一下几组案例剖析下具体的危险所在：

a)电源输入L/N及与可触及面之间

在GB4943.1-2011标准中输入L/N之间为功能绝缘（以输入交流电压250V和适用于海拔2000米为例，电气间隙和爬电距离要求值分别为：1.5mm,2.5mm），如下图1红色线标示位置:

图1

大多数情况是爬电距离不够。如果爬电距离不够该如何整改呢？标准附录F中电气间隙和爬电距离测量方法中告诉我们，在L/N之间开槽，槽的宽度X根据污染等级来（具体见下表1），长度没有要求，根据实际情况来。

表1

图2

再看看图2的产品结构，初级部件与可触及面之间最短路径上的绝缘距离不满足标准所要求的加强绝缘距离要求，故该设备在产品的构造上没有提供足够的防护，不能有效防止操作人员接触到带危险电压的零部件的可能。

这种情况下应如何整改呢？

b)元器件初次级间的隔离

案例1-元器件在PCB板上初次级间的距离要求：在标准中要求一次电路初次级之间要满足加强绝缘（以输入交流电压250V、适用于海拔5000米和测得的工作电压峰值630V为例，电气间隙和爬电距离要求值分别为：6.9mm，6.9mm），实际距离如下图3标识的路径所示：

图3

该产品内部结构距离不满足加强绝缘距离要求（变压器初次级两脚间距离不满足6.9mm。这种情况下可以怎么整改呢？我们可以考虑增加开槽宽度并增加绝缘片宽度；修改变压器内部频率，控制变压器工作电压最高峰值；或者在实际请允许的情况下，适当考虑拉宽PCB板上的元器件布局，增加初次级隔离带间的宽度距离。

另外，我们再看看以下几个典型的案例：

图4

图4所示的案例中，元器件光耦U2初级-次级之间电气间隙为5.8mm，不满足海拔5000米的距离要求（这种情况下，在不考虑改变PCB布局的前提下，只能按低海拔2000米去认证）；

图5

图5所示的台式电脑机内开关电源，初次级隔离带间最短路径距离只有3.8mm，不满足加强绝缘距离要求（海拔2000米电气间隙限值4.0和爬电距离5.0都不能满足，这个整改起来会比较麻烦，只能从产品设计开始推翻，重新考虑PCB板的元器件布局）

案例2-元器件在元件面上初次级间的距离要求：

图6

图7

如图6-图7所示，在一个延长线插座（带电源适配器）的内部结构中，初级电容和变压器磁芯（初级部件） 到次级USB输出端不满足加强绝缘距离要求，此时我们可以最直接就修改模具中卡槽的高度，也可以在变压器外围增加绝缘胶带反包、绝缘片反折固定安装在开槽附近或增加USB绝缘套筒。

图8

如图8所示，就是一个典型的加工工艺控制（如产品的开槽、挡板、绝缘垫片、绝缘胶带反折或热缩套管等）问题导致结构尺寸发生变化，导致产品不符合标准的要求。此处可以增加热缩套管的长度或者用绝缘胶带包住，满足标准要求。

案例3：涉及产品器具耦合器面开孔问题。

图9

如图9所示的机内开关电源，该产品的安全防护未能采用绝缘或隔离保护的方法，以致在型式试验中，采用标准要求的试验针进行试验时，可以插进外部电气防护外壳的开孔并触及到危险电压的裸露零部件。此时我们可以按标准开孔的要求，修改开孔尺寸（改成圆形开孔尺寸不大于5mm）或增加绝缘挡板。

c）变压器结构

变压器一般会考核初级绕组到次级绕组之间距离，初级绕组到磁芯之间距离，次级绕组到磁芯之间距离；如果磁芯当做中间导体，初级绕组到磁芯需要满足基本绝缘，磁芯到次级绕组需要满足附加绝缘。如果初级使用三重绝缘线，磁芯当作次级，初级绕组到磁芯需满足加强绝缘。如果次级使用三重绝缘线，磁芯当作初级，次级绕组到磁芯需满足加强绝缘。具体需要看变压器结构。

案例1：:磁芯当作中间导体。

图10 磁芯作为中间导体

从图10看出，磁芯当作中间导体，初次级绕组间没有与磁芯隔离，那么磁芯到初级/次级之间距离视作为零。这种情况需要在每层绕组使用挡墙胶带隔离（挡墙胶带的宽度取决于所测工作电压值来判定）。

案例2：磁芯当做初级导体。

图11 磁芯作为初级导体

如图11所示，次级绕组使用三层绝缘线，磁芯当作初级导体，那么变压器初级绕组到次级管脚之间距离视作为加强绝缘。这种情况需要在变压器最外层初级绕组使用挡墙胶带作为隔离（挡墙胶带的宽度取决于所测工作电压值来判定）。

图12 磁芯作为初级导体

如图12所示，次级绕组使用三层绝缘线，磁芯当作初级导体，那么变压器磁芯到次级管脚之间距离视作为加强绝缘。这种情况下不满足限值要求，可以修改变压器制作工艺把次级管脚焊锡处理光滑不凸出或者将变压器磁芯靠近次级管脚处加绝缘胶带反折。

2、直插式设备

插脚尺寸不合格情况前几年特别多，本次我们主要以单相两极插头为例，其尺寸需要符合标准GB 1002- 2008，见下图13，参数要求见下表2。

图13单相两极插头

表2单相两极插头参数和尺寸

参数表中不合格的参数集中表现在F（开档距离）、E（插销的高度）以及R（插销的弧度）。 估计与相关企业对于GB 1002标准不熟悉，导致开模没有满足标准要求，生产不合格的产品。在GB 1002这个标准中我们还要注意一个地方：插头插销离边缘的距离应不小于6.5mm。这些问题整改需要重新开模。我们看看下面尺寸不合格的案例图片：

图14 E（插销的高度）超过标准要求值15.65-16.35mm

图15 R（插销的弧度）未达到标准要求值5-7mm

图16 b（插销的宽度）未达到标准要求值6.18-6.4mm

图17 插销到外壳边缘距离小于6.5mm,要求值≥6.5mm

3、发热要求和耐异常热

发热要求就是模拟最严酷的使用环境，在输入额定电压的1.1倍和0.9倍，正常额定负载情况下。用热电偶监测元器件的发热数值。看是否在元器件规定使用的要求值内。常见元器件发热不合格的点有，变压器绕组、次级整流二极管附近的PCB等。这些点位不合格的主要原因，是由于使用的元器件规格与适配器输出不匹配导致元器件在满负荷状态工作，其发热温度就过高。温度过高可能会出现元器件损坏，更严重的出现冒烟起火（如图18）。给用户使用带来的安全隐患。针对这种情况整改方案是，要么修改适配器的输出电流，要么替换元件器件。我们看看下面案例由于温度过高导致元起价损坏了，设备无法正常工作。

对于直接安装在危险电压零部件上的热塑性塑料件应当能异常耐热，不会因为温度过高塑料软化而导致安全防护失效（如图19），使得可触及部分变成危险带电，故要求支撑由电网电源供电的电路中的零部件的热塑性零部件要在至少125℃的温度下进行试验，要求压痕直径不超过2mm。

图18 由于过热引起的元器件顺坏

图19 耐异常热

三、小结

经过我们对适电源配器常见不合格案例的分析，希望能给予相关从业人员一些意见和指导，对于经常出现的问题点要结合自身实际进行有效分析，加强生产过程中加工工艺的控制和关键工序的识别，必要时制定相关作业指导书进行批量生产。切记不能随意更改产品的内部结构尺寸，要与型式试验合格的样品一致。借此，也希望消费者能选择符合要求厂家生产的电源适配器，也可以通过认监委网站进行相关符合性查询。

参考文献

1. GB4943.1-2011《信息技术设备 安全 第1部分：通用要求》[S]

2. GB1002-2008《家用和类似用途单相插头插座型式、基本参数和尺寸》[S]

3. GBT5169.21-2017电工电子产品着火危险试验 第21部分：非正常热 球压试验方法

4. GB19212.1-2016《变压器、电抗器、电源装置及其组合的安全　第1部分：通用要求和试验》

姓名：邱福光（1974年），性别：男，职称：工程师，学历：本科，从事电子产品检测工作

姓名：常伟（1987年），性别：男，职称：工程师，学历：本科，从事电子产品检测工作

姓名：林作栋（1989年），性别：男，职称：助理工程师，学历：本科，从事电子产品检测工作