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音頻功放產(chǎn)品的安規(guī)測(cè)試和認(rèn)證

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音頻功放產(chǎn)品的安規(guī)測(cè)試和認(rèn)證

隨著音樂會(huì)、演唱會(huì)日益增多，音頻功放產(chǎn)品也層出不窮。生產(chǎn)符合國家安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求的音頻功放產(chǎn)品成為廣大電源適配器制造廠商共同關(guān)心的事情。根據(jù)近幾年安規(guī)測(cè)試、認(rèn)證過程中經(jīng)常遇到的問題，結(jié)合GB8898-20011深入解讀，探討相應(yīng)的解決方法。

1　常見問題和解決辦法
1.1　溫升測(cè)試和發(fā)熱

音頻功放設(shè)備在正常工作條件和異常工作條件下需要滿足標(biāo)準(zhǔn)中的溫升測(cè)試要求，相應(yīng)溫度限制要求在標(biāo)準(zhǔn)中有詳細(xì)的闡述，本文只討論溫升測(cè)試的注意事項(xiàng)和解決方法。目前大多數(shù)音頻功放設(shè)備的電源適配器電源板、功放板、信號(hào)板都做成一塊，整板上的發(fā)熱源較多，如整流管、開關(guān)變壓器、環(huán)形變壓器、起功率放大作用的三極管和場(chǎng)效應(yīng)管、快恢復(fù)二極管、磁性元件、水泥電阻、電解電容等，其周邊溫度通常會(huì)高于其他元件的周邊溫度，將這些元件附近做為溫升考核對(duì)象。由于無法在環(huán)形變壓器的繞組上布熱電偶，所以采用四線法或者微歐姆計(jì)，通過測(cè)量繞組的冷態(tài)電阻和熱態(tài)電阻來計(jì)算繞組的溫升。由于音頻功放的額定功耗在1000W到2000W之間，所以必須解決好散熱問題。對(duì)于元器件的選擇，建議采用高品質(zhì)的元件來減少無功損耗和發(fā)熱。

將發(fā)熱量極大的功放三極管和場(chǎng)效應(yīng)管固定在一塊大的散熱片上，并涂抹用于導(dǎo)散熱的硅膠；其他發(fā)熱量大的元器件也要固定在小的散熱片上。由于散熱片的散熱效果與散熱片選材、結(jié)構(gòu)、安裝方式、接觸面積、接觸粗糙度、散熱通道、散熱片表面溫度、導(dǎo)熱材料特性等因素有關(guān)，因此建議現(xiàn)根據(jù)本機(jī)結(jié)構(gòu)，結(jié)合預(yù)計(jì)使用條件，建立等效的熱傳遞模型，優(yōu)化選材方案，建立合理的元器件布局。關(guān)于元器件布局，建議印刷電路板采用水平方式放置，使氣流有效地流過元器件表面；發(fā)熱量大的元器件放在印制板上方，發(fā)熱量小的元器件放在印制板下方；在大的散熱片兩側(cè)安裝風(fēng)扇，及時(shí)揮發(fā)散熱片上的熱量；外殼的兩側(cè)開對(duì)流散熱孔，合理安排內(nèi)部引線布局，盡量減小對(duì)內(nèi)部氣體對(duì)流效果的影響。


1.2　防觸電結(jié)構(gòu)
目前，部分音頻功放產(chǎn)品由于結(jié)構(gòu)、選材等方面的限制，機(jī)器內(nèi)部危險(xiǎn)帶電部件與可觸及導(dǎo)電零部件之間的絕緣不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，主要表現(xiàn)為以下三種情況：
情況一：次級(jí)導(dǎo)線從初級(jí)危險(xiǎn)帶電零部件表面穿過，容易導(dǎo)致危險(xiǎn)帶電零部件與可觸及導(dǎo)電零部件相連的次級(jí)導(dǎo)體之間的絕緣不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
標(biāo)準(zhǔn)解讀：對(duì)于一類設(shè)備，若次級(jí)導(dǎo)線與保護(hù)接地導(dǎo)電連接，則初級(jí)危險(xiǎn)帶電點(diǎn)零部件與該次級(jí)導(dǎo)線間的絕緣只要滿足相應(yīng)的基本絕緣抗電強(qiáng)度和絕緣阻抗要求即可；若次級(jí)導(dǎo)線與保護(hù)接地沒有導(dǎo)電連接，則危險(xiǎn)帶電零部件與該次級(jí)導(dǎo)線間的絕緣需要滿足加強(qiáng)絕緣或雙重絕緣關(guān)于厚度、絕緣阻抗和抗電強(qiáng)度等相關(guān)要求。
對(duì)于二類設(shè)備，危險(xiǎn)帶電零部件與次級(jí)導(dǎo)線間的絕緣要滿足加強(qiáng)絕緣或者雙重絕緣關(guān)于厚度、絕緣阻抗和抗電強(qiáng)度等相關(guān)要求。
解決辦法：在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上，要避免次級(jí)導(dǎo)線從初級(jí)危險(xiǎn)帶電部件表面穿過；若結(jié)構(gòu)不允許，對(duì)于有基本絕緣要求的次級(jí)導(dǎo)線要求它的絕緣能夠承受相應(yīng)的抗電強(qiáng)度和絕緣阻抗測(cè)試；對(duì)于有雙重絕緣或者加強(qiáng)絕緣要求的次級(jí)導(dǎo)線要求它的絕緣能夠承受相應(yīng)的抗電強(qiáng)度和絕緣阻抗測(cè)試，并滿足絕緣的厚度要求。由于該導(dǎo)線絕緣的損傷會(huì)引起標(biāo)準(zhǔn)意義上的危險(xiǎn)，因此，必須將該導(dǎo)線進(jìn)行固定，當(dāng)施加2N的力時(shí)，導(dǎo)線不會(huì)受到諸如尖銳邊緣、運(yùn)動(dòng)零部件的磨損和擠壓，也不會(huì)使其觸碰到溫度超過標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該種導(dǎo)線絕緣允許溫度的零部件。
情況二：電源適配器電源板背面危險(xiǎn)帶電零部件的引腳和與可觸及零部件導(dǎo)電連接的金屬外殼距離太近，導(dǎo)致危險(xiǎn)帶電零部件與可觸及導(dǎo)電零部件之間的絕緣不能滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。
標(biāo)準(zhǔn)解讀：危險(xiǎn)帶電零部件和與可觸及零部件導(dǎo)電連接的金屬外殼之間應(yīng)該進(jìn)行有效隔離，對(duì)于一類結(jié)構(gòu)，應(yīng)該滿足基本絕緣要求；對(duì)于二類結(jié)構(gòu)，需要滿足加強(qiáng)絕緣或雙重絕緣要求。每種絕緣應(yīng)各自承受相應(yīng)的抗電強(qiáng)度和絕緣阻抗測(cè)試，并且滿足相應(yīng)的絕緣厚度以及防火要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該使元器件引腳不能對(duì)絕緣進(jìn)行磨損和擠壓。
解決辦法：在危險(xiǎn)帶電部件和金屬外殼之間加絕緣墊片或者增加它們之間的距離。絕緣墊片需要滿足以下要求：絕緣墊片需要將危險(xiǎn)帶電部件完全覆蓋住，并且能夠滿足相應(yīng)的電氣強(qiáng)度、絕緣阻抗、絕緣厚度和防火的要求。如果增加它們之間的距離，那么最短距離需要滿足加強(qiáng)絕緣的爬電距離和電氣間隙。建議完善生產(chǎn)流程，控制元器件引腳長度，防止帶電部件進(jìn)入上述區(qū)域內(nèi)。
情況三：設(shè)備外殼側(cè)面開孔尺寸過大，導(dǎo)致電氣間隙和爬電距離不合格以及異物通過開孔進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部。
標(biāo)準(zhǔn)解讀：設(shè)備外殼的設(shè)計(jì)應(yīng)該使得用金屬試驗(yàn)針或者標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)指插入設(shè)備外殼側(cè)面開孔，不能觸及到危險(xiǎn)帶電部件以及異物無法通過開孔進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部。
解決辦法：外殼側(cè)面開孔尺寸控制在4mm范圍內(nèi)，確保在用試驗(yàn)指進(jìn)行相關(guān)插入試驗(yàn)后不能觸碰到危險(xiǎn)帶電部件，開孔形狀設(shè)計(jì)成百葉窗等形式確保異物無法通過開孔進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部。

1.3　接觸電流和斷電插頭放電量
接觸電流指當(dāng)人體接觸設(shè)備的一個(gè)或一個(gè)以上可觸及零部件時(shí)通過人體的電流。為了確定端子的零部件或接觸件是否危險(xiǎn)帶電，接觸電流在任意一個(gè)零部件或接觸件與試驗(yàn)時(shí)所用的電源適配器的任意一級(jí)之間進(jìn)行測(cè)量。使用GB8898的附錄D規(guī)定的測(cè)量網(wǎng)絡(luò)測(cè)量接觸電流，對(duì)于交流如果U1＞35V(峰值)以及U2＞0.35V(峰值)或者對(duì)于直流U1＞1V，就認(rèn)為端子的零部件或接觸件是危險(xiǎn)帶電的。大量試驗(yàn)表明，在隔離元件中，通過跨接在初次級(jí)間的Y電容的漏電流對(duì)整機(jī)的接觸電流貢獻(xiàn)很大。電容量越大，電壓越高，接觸電流也就越大。
因此，在解決電磁兼容共模干擾問題的同時(shí)，有效減少電容中的漏電流，將整機(jī)接觸電流控制在標(biāo)準(zhǔn)限值范圍內(nèi)，是工程師們?cè)O(shè)計(jì)的重點(diǎn)。
對(duì)預(yù)定要用電源適配器插頭與電網(wǎng)電源連接的設(shè)備，其設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)確保在插頭從電源插座拔出2s后，當(dāng)接觸插頭的插腳或插銷時(shí)，不得因電容器存儲(chǔ)的電荷而產(chǎn)生電擊危險(xiǎn)。插頭放電實(shí)際上是考核跨接在火線和零線之間的X電容的放電能力。X電容兩端的電壓為
Uc=U0×e-
t/rc
式中：Uc為X電容兩端的電壓，t為放電時(shí)間，r為放電電阻阻值，C為X電容容量，U0為初始時(shí)刻X電容兩端的電壓，等于電網(wǎng)電源適配器電壓。
從方程中可以看出，提高放電電阻阻值以及X電容容量可以加快X電容放電。由于電磁兼容差模干擾測(cè)試對(duì)X電容的電容量有要求，不能盲目減少X電容的電容量，因此，工程師設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要在解決電磁兼容差模干擾、減少元件使用成本等問題基礎(chǔ)上合理地減小放電電阻阻值。

1.4　電氣間隙和爬電距離
電氣間隙的尺寸應(yīng)當(dāng)確保進(jìn)入設(shè)備的瞬態(tài)過電壓和設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的峰值電壓不會(huì)擊穿該電氣間隙；爬電距離的尺寸應(yīng)該確保在給定的工作電壓和污染等級(jí)下不會(huì)出現(xiàn)絕緣閃絡(luò)或擊穿，它們是安規(guī)認(rèn)證中最重要的的項(xiàng)目之一。
電源適配器電源板中零線和火線之間的最短距離要滿足基本絕緣的要求，保險(xiǎn)絲兩個(gè)引腳之間的最短距離要滿足基本絕緣的要求，初級(jí)電路和次級(jí)電路之間的距離要滿足加強(qiáng)絕緣的要求，并且需要選用滿足雙重絕緣或者加強(qiáng)絕緣要求的元件（比如Y電容、變壓器、光耦）進(jìn)行隔離。對(duì)于一類設(shè)備而言，危險(xiǎn)帶電部件與接地金屬外殼、螺釘、端子等可接觸零部件之間的距離要滿足基本絕緣要求，與未接地的金屬外殼、螺釘、端子等可接觸零部件之間的距離要滿足加強(qiáng)絕緣要求。對(duì)于二類設(shè)備而言，危險(xiǎn)帶電部件與金屬外殼、螺釘、端子等可接觸零部件之間的距離要滿足基本絕緣要求。對(duì)變壓器進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢查，初級(jí)線圈與鐵芯之間的距離要滿足基本絕緣要求，次級(jí)線圈與鐵芯之間的距離要滿足附加絕緣要求，初級(jí)線圈與次級(jí)線圈之間的距離要滿足加強(qiáng)絕緣要求。

1.5　防火
設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)盡可能做到防止著火和火焰的蔓延，并且不得對(duì)設(shè)備的周圍引起著火的危險(xiǎn)。
建議采取下列措施來實(shí)現(xiàn)：
1）在設(shè)備的設(shè)計(jì)上和生產(chǎn)上采用良好的技術(shù)措施，以避免產(chǎn)生潛在引燃源；
2）與潛在引燃源臨近的內(nèi)部零部件使用低可燃性的材料；
3）采用防火防護(hù)外殼限制火焰蔓延。距潛在引燃源的距離和相應(yīng)的可燃性等級(jí)見表。


表1　距潛在引燃源的距離和相應(yīng)的可燃性等級(jí)
2　結(jié)語
隨著音頻功放產(chǎn)品在我國的普及，接觸音頻功放設(shè)備的用戶也越來越多，產(chǎn)品的安全性能顯得尤為重要。本文結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)音頻功放設(shè)備的安規(guī)測(cè)試和認(rèn)證中遇到的問題進(jìn)行了深入剖析，提出了解決問題的辦法，希望制造廠商在提高產(chǎn)品性能、打造自身品牌的同時(shí)，特別要重視影響到千萬用戶生命安全的質(zhì)量問題。

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| 發(fā)布時(shí)間：2018.10.12    來源：電源適配器廠家
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