开关电源结构检查和测试要求

开关电源申请欧规的结构检查和测试要点

开关电源是一种体积小、重量轻的高效节能电源.近年来被广泛地应用到计算机、通讯设备、控制设备及家用电器等设备中.作为一名合格的开关电源设计工程师,在进行产品设计时,除了应该尽可能地考虑如何满足产品的性能要求外,还必须熟悉开关电源的安规要求,否则就可能顾此失彼、事倍功半,造成开发进度的拖延和商机的流失.如今在越来越多的国家,电器产品取得相应的安规证书已经成为

了市场的一种准入条件,如中国的CCC,欧盟的CE及美国的UL等等.

本文主要以申请德国GS认证并用于IT设备的开关电源(所适用的安规标准为EN 60950:2000)为例,从结构检查和测试两个方面阐述开关电源的安规要求.

一．结构检查

生产厂家把样品送到认证公司之后,负责该项目的认证工程师首先会详细检查样品的结构,找

出样品结构中所有不符合标准要求的地方,以便通知厂家及时更改,在对样品进行测试之前先解决所

有结构方面存在的问题,避免在测试过程中或测试完成后才发现结构问题,影响测试结果的准确性和

认证的进度.

那么,对于一个申请德国GS认证并用于IT设备的开关电源来说,比较常见的结构问题有哪些呢?

首先要检查的是样品的外观.其中最显眼的莫过于产品的标签了,根据EN 60950: 2000的要求,标签必须清楚地标识产品使用时的额定电压或额定电压范围、额定电流、频率、生产厂家的名称或商标、产品型号等,如果产品属于二类结构,还必须标识“ ”符号.生产厂家最容易犯的一个错误是产品标签上只标有产品的额定输入功率而没有额定输入电流.

其次,如果产品的外壳上有散热孔的话还必须检查散热孔的尺寸和具体的结构, 开关电源最常见的散热孔是长条形的,对于这种散热孔来说如果其宽度不大于1毫米,则长度可以不加以考虑;在任何方向上都不大于5毫米的孔也是合格的,如圆形孔或方形孔,对于圆形孔来说,其直径不能大于5毫米;而对于方形孔来说,其对角线不能大于5毫米.另外还必须考虑异物是否能够直接进入开关电源内部,结构上不能防止异物从散热孔垂直进入开关电源内部的产品同样被认为是不符合标准要求的.

最后检查的是开关电源的内部结构.主要包括PCB上初次级电路之间、初次级的元器件之间、高频开关变压器的初次级线圈之间以及初级电路和元件到外壳可接触表面之间的爬电距离和电气间隙是否满足加强绝缘的要求.

爬电距离和电气间隙的具体数值是由绝缘的类型即功能绝缘、基本绝缘、附加绝缘、加强绝缘和绝缘之间的工作电压共同来决定的,可以查阅标准中的表2H,2J,2L.对于一个最高输入电压为交流240V 的开关电源来说,基本和附加绝缘的爬电距离和电气间隙一般分别为2.5毫米和2毫米,而对于加强绝缘来说这两个数值则一般为5毫米和4毫米.

PCB上初次级电路之间的隔离由于比较直观,大多数厂家在进行产品设计时都考虑到了,出现的问题比较少.初次级元件之间在隔离时经常碰到的问题有:

1)高频变压器的铁芯和初次级元件之间没有足够的电气间隙,造成初次级元件之间总的电气间隙不能满足标准要求;

2)忽略了初级开关管的散热器或次级整流二极管的散热器分别到次级元件或初级元件之间的隔离;开关电源由于在设计时考虑到总的散热面积或EMC的需要,开关管的散热器经常延伸到次级侧,或是次级整流二极管的散热器延伸到初级侧,生产厂家往往会在散热器上缠上绝缘胶带或在元器件和散热器之间用麦拉片(Mylar)加以隔离,但是在工艺上却没有控制散热器外面所缠胶带的层数或麦拉片的厚度,有的只用一层绝缘胶带或不够0.4毫米厚的麦拉片,有的甚至完全没有隔离,而根据标准要求,至少必须使用两层胶带或0.4毫米厚的麦拉片,而且还必须经受耐电强度的测试;

3)高频开关变压器作为开关电源结构检查的重要一环,也经常出现各种各样的问题,如线圈在绕制时

在骨架两端没有使用magin tape, 初次级线圈引出线没有使用铁氟龙套管,绝缘骨架本身存在结构问题以及使用三层绝缘线时引出线弯折处没有用套管加以保护等.

除此之外,在认证过程中我们还发现了一些其它常见的问题,如:PCB上保险丝两个引脚的焊点之间、保险丝之前的L,N线之间的爬电距离或电气间隙没有达到标准要求,初级输入线和次级输出线没有双重固定,仅仅存在基本绝缘的次级输出线在开关电源内部的那一部分线太长从而接触到初级元件等.

二、测试

样品的结构在经过检查和修改完全合格后,接下来的事情就是安排样品的测试了.EN 60 950:2000中的主要测试项目有:输入电流,SELV(Safety Extra Low Voltage:安全特低电压)测试,LC C(Limited Current Circuit:限流电路)测试,LPS(Limited Power Supply:限流电源)测试,正常温升,接触电流,耐压强度和故障测试.

下面对这些测试一一加以阐述.

1) 输入电流测量是测量样品在额定电压和频率下接上额定负载时的稳态输入电流.所测得的实际工作电流与标签上所标识的额定电流进行比较,标准要求产品的实际工作电流不能超出额定电流的10%.例如,对于输入参数为100-240V~,50/60Hz, 1A, 输出参数为12Vdc, 4A的开关电源, 测试时分别在100V~, 50/60Hz和240V~, 50/60Hz四种输入条件下,调节样品的输出至4A, 测得四个不同的输入电流值, 这四个数值都不能超过1.1A, 否则该测试项目就不合格.

2) 安全特低电压(SELV)测量: 对于开关电源来说,做该试验时我们主要是测试开关电源可触及的输出端子两端的电压在试品正常工作及单一故障情况下的电压值,根据标准要求,该电压值不能超过42. 4V的交流峰值或60V的直流值.如果所持续的时间不超过0.2秒,则该限值可以适当放宽至71V交流峰值或120V直流值.

3) LCC(Limited Current Circuit: 限流电路)测试:测试时在开关电源的次级功能地和大地之间接上

一个2KΩ的无感电阻,如果初次级之间桥接了两个Y2的电容,则短路其中一个电容.测试时必须综合考虑在空载和负载两种情况下所测得的通过2KΩ无感电阻的最大电流值,由于该电流中既有高频成分如开关电源的开关频率又有低频成分如输入电源的频率,而标准对不同的频率下的电流的限值存在差异,如在输入电源频率下的流经2KΩ的无感电阻的电流限值为0.7mA峰值,而对于开关频率为60K Hz下电流的高频成分的限值为42mA(60x0.7mA),所以在测量时可以分别测试这两个频率下流经2K Ω无感电阻的电流值,与标准的限值进行比较.