开关电源安规设计注意事项

开关电源安规设计注意事项
1.零件選用
(1)在零件選用方面,要求掌握:
a .安規零件有哪些?(見三.安規零件介紹)
b.安規零件要求
安規零件的要求就是要取得安規機構的認証或是符合相關安規標準;
c.安規零件額定值
任何零件均必須依MANUFACTURE規定的額定值使用;
I 額定電壓;
II 額定電流;
III 溫度額定值;
(2). 零件的溫升限制
a. 一般電子零件: 依零件規格之額定溫度值,決定其溫度上限
b. 線圈類: 依其絕緣系統耐溫決定
Class A ΔT≦75℃
Class E ΔT≦90℃
Class B ΔT≦95℃
Class F ΔT≦115℃
Class H ΔT≦140℃
c. 人造橡膠或PVC被覆之線材及電源線類:
有標示耐溫值T者ΔT≦(T-25)℃
無標示耐溫值T者ΔT≦50℃
d. Bobbin類: 無一定值,但須做125℃球壓測試;
e. 端子類: ΔT≦60℃
f. 溫升限值
I. 如果有規定待測物的耐溫值(Tmax),則:
ΔT≦Tmax-Tmra
II. 如果有規定待測物的溫升限值(ΔTmax),則:
ΔT≦ΔTmax+25-Tmra
其中Tmra=制造商所規定的設備允許操作室溫或是25℃
(3).使用耐然零件:
a.PCB: V-1以上;
b.FBT, CRT, YOKE :V-2以上;
c.WIRING HARNESS:V-2以上;
d.CORD ANONORAGE: HB以上;
e.其它所有零件: V-2以上或HF-2以上;
f.例外情形:
下述零件與電子零件(限會在失誤狀況下,因溫度過高而引燃的電子零件)若相隔13mm以上,或是相互間以至少V-1等級之障礙物隔開,則其耐燃等級要求如下:
I.小型的齒輪,凸輪,皮帶,軸承及其它小零件,不須防火証明;
II.空氣載液的導管,粉狀物容器及發泡塑膠零件,防火等級為HB以上或HBF以上
g.下述件不須防火証明:
I. 膠帶;
II. 已獲認証零件;
III.密封于無開孔且體積小于0.06m 金屬殼內之零件;
IV .儀表殼,儀表面,指示燈或寶石,置于至少V-1等級的PCB 上的IC,電晶體,光耦合 器及其它小零件的外殼.
2. 整體配置
(1) 安全距離(沿面距離和空間距離)
如果知道了工作電壓及絕緣等級,就可決定所需之安全距離.
表一: 絕緣等級及各式絕緣適用情形
絕緣等級 適用情形
介于兩不同電壓之零件間 操作型
(OPERAATIONAL INSULATION) 介于ELV(SELV)及接地導電零件間
介于具危險電壓零件及接地導電零件間 介于具危險電壓零件及依賴接地SELV 電路間
介于PRI 的電源導體及接地屏蔽物或主電源變壓
器的鐵心間
基本型
(BASIC INSULATLON)
做為雙重絕緣一部分
介于可觸及導體零件及在基本絕緣損壞后有可
能帶有危險電壓的零件間
補充型
(SUPPLEMENT ARY INSULATION)
做為雙重絕緣一部分
介于PRI 電路及可觸及未接地導電零件間
介于PRI 電路及浮接的 SELV 電路間
介于PRI 電路及TNV 電路間
雙重或加強型
(DOUBLE/REINFORED INSULATION)
凡是人體會觸摸到的部分
***工作電壓的決定:
*量測dc 電壓時,任何重疊漣波之峰值應包括在內; *非重覆性的突波不予考慮;
*在決定空間距離及電氣強度測試電壓時,ELV 或SELV 電路的電壓應視為零,但在 決定沿面距離時,則須按實際電壓計算;
*可觸及的未接地導體零件應視為接地;
*若變壓器之繞組或其它部份為浮接,則視為接地,並因此獲得最大的工作電壓;
*在雙重絕緣處,橫跨基本絕級的工作電壓值,應先將補充絕緣處短路視之,而得出電壓值,反之亦然.變壓器繞組間的絕緣,則先將其中一個絕緣短路,而在其它絕緣上有最高工作電壓產生;
*變壓器兩繞組間的絕緣,其工作電壓應取兩繞組內任2點的最大電壓值,可能連接至此繞組之外加電壓,亦應包括在內;
*變壓器繞組與其它零件間的絕緣,其工作電壓應取此繞組內任一點至其它零件之最
大電壓值;
*可取外電源的額定值.
表二: 安全距離的位置及要求
位置量測電壓
一次側交流部份--- 接地部分電源輸入電壓
一次側直流部分--- 接地部分實際量測一次側與二次側間的電壓, 或實際量測對地電壓
一次側交流部分---未接地可能觸摸到部分
電源輸入電壓
一次側直流部分---未接地可能觸摸到部分實際量測一次側與二次側間電壓，或實際量測對地電壓
一次側部分---二次側部分實際量測一次側與二次側間電壓
二次側危險電壓部份--- 接地實際量測電壓
保護裝置前,火線--- 中性線/火線電源輸入電壓
保護裝置后,火線--- 中性線/火線電源輸入電壓
橋式整流后,臨近相互兩點間實際量測電壓
注意:
I. 量測時中性線,地線及二次側RETURN須連接在一起,在連接前,請先確定電源
輸入端中性線及火線是否正確,以免造成中性線及火線短路發生.
II. 一次側與二次側間所量測出來的電壓若低于電源輸入電壓,則以電源輸入電壓為準.
III. 沿面距離≧空間距離,沿面距離若小于空間距離,則以空間距離為準.
安全距離見表三,表四,表五,表六,電路板設計見下頁圖集:
結構設計
a.穩定度
穩定度指終端系統設備不可失衡而導致使用者或維修者危險;
b.機械強度
機械強度指內外殼的承受力如鐵球撞擊測試,落地測試,推力測試, TEST
FINGER 測試，7小時烤箱測試等;
c.尖銳角
尖銳角指在防止不當的設計導致人員的傷害及絕緣破壞;
(3) 接地方法：
a.接地方式
I.機械式固定：
不可經由塑膠連接,且須有防止松動作用(如W ASHER)的產品;
II.防腐蝕：
指兩種以上不同金屬連接其電化學電位差不能＞0.6V;
III.接地線：
至少18AWG之綠滾黃線,如果LINE/NEUTRAL>18AWG,則須使用與其同等
號線之線材(AWG: AMERICA WIRE GAUGE 美國線規) ;
IV. 接地螺絲／螺栓的要求：
至少NO.6或M3.5
V.接地螺絲／螺栓之金屬固定物厚度要求：
螺絲直接鎖在金屬板上,則金屬板必須有最小２倍的螺絲螺紋的厚度,若使用
NUT方式固定則無厚度要求;
VI.接地螺絲／螺栓的固定扭力：
最小1.3牛頓米;
b.接地確認測試
25A或30A接地電流測試,時間為2分鐘
附注: I. 接地螺絲不可用自攻螺絲;
II. 若有其它的地線,欲鎖于同一螺柱上,則須用另一螺母分開固定之.
(4) 開孔方式
a.頂部（帶有危險電壓裸露元件正上方），符合下列任一要求即可:
I.任何一方向量測，尺寸不超過5mm;
II.寬度在1mm內，長度不限；
III.尺寸大小不限，但須確保外物不會直接掉入孔內而碰觸到具危險電壓零件．
b.側面，符合下列任一項要求即可
I.任何方向尺寸必需＜5mm
II.寬度在1mm內，長度則不限
III結構上采用百葉窗結構或類似的限制結構，可使外來的垂直掉落物向外偏離
以避免觸及產品內部裸露元件；
IV.開孔位置適當，並在其投影5度角范圍內，無具危險電壓零件存在．
C. 下方，符合下列任一項要求即可
I.無任何開孔
II.開孔大小不限，但須在下列物品下方：
i.PVC ,TFE ,PTFE, TEP 及NEOPRENE 做成絕緣導體及連接頭；
ii.具阻抗保護或過熱保護的馬達；
iii.符合防火外殼要求的內部屏障或是細目金屬綱或是其余類似物；
III.若有40mm以下的開孔，但須在防火等級V-1以上的零件之下；
IV.孔大小不限，但開孔上方須設遮蔽板；
V.若為金屬底殼，開孔大小及孔距均應符合相關要求；
VI.以細目金屬綱做屏蔽，其綱目大小不超過２mm*2mm,且織綱金屬線之直徑不小于0.45mm;
總之: 外殼開孔,固然千變萬化,但是以TEST PIN測試時,不可碰觸到具危險電壓裸露零件
3.標示方式
(1)標示種類
a.電源介面標示：
設備外表應有的額定電力標示，標示內容應包括：
I.額定電壓或額定電壓范圍，單位為V;
II.輸入電流為直流，則需加上“----- ”的符號；
III.額定頻率或額定頻率范圍，單位為Hz;
IV.若該設備須連接至多相電力系統，則須另外標示相數，如2￠,3￠等；
V.額定電流,單位為A或mA;
VI.制造商名稱或商標符號或辯識符號;
VII.設備型號;
VIII.若設備為class II,則須加上“”的符號;
b.電源輸出端
插座旁須有清楚標示注明其所能承受最大負載；
c. 電壓切換開關
應在使用手冊中詳細述明其用途及使用方法；
d. 保險絲
I.額定電流；
II.額定電壓；
III.熔斷特性（FAST 標示為“F”, SLOW或TIME LAG標示為“T”）;
IV.防爆特性（LOW-BREAKING 標示為“L”,HIGH-BREAKING 標示為“H”）;
范例：T2.5AL,250V或F3.15AH,250V
e. 端子
I.接地保護端子旁，應有“”標示；
II.水線（中性線）端子旁，應有“N”標示；
總之:可以有額外的標示,但先決條件是不可造成誤導或混淆.
(2)標示要求:
I.標示不可置于可取下的物品上；
II.上述標示種類之各種標示,經過酒精,汽油等有機溶劑及水測試后,須依然清晰可見，且為恆久標示．
4. 設計中的EMC問題
(1)EMC介紹
EMC(ELECTRO-MAGNETIC COMPATIBILITY)即電磁相容性，乃指產品在優良的設計下不干擾別的產品，也能忍受外界電磁干擾的能力，EMC包括
EMI(ELECTRO-MAGNETIC INTERFERENCE)和EMC(ELECTRO-MAGNETIC
SUSCEPTIBILITY).EMI即電磁干擾,指含有電子電機零件的儀器,裝置整組設備
或整套系統因動作而產生的一種電磁波雜訊,或裝置本身不需要的信號,經由輻
射或傳導路徑影響其他裝置,造成其他裝置不正常或失真.EMS即電磁耐受性,也
就是儀器,裝置整組或整套系統本身具有抗拒外面雜訊, 免除被外界雜訊干擾的
能力.
(2)EMI/EMC管制:
目前,世界上很多國家或地區對于電子資訊產品的EMI/EMS均有嚴格的管制措施,如美國FCC,歐盟的CE,日本的VCCI及電氣用品取締法,澳洲的SMA,加拿大,韓國等國家或地區均有專司EMI/EMS管制法規條文,對于銷往這些國家或地
區的產品都須先經過測試合格,方可合法的運送及銷售.(見下頁)
其中: 增益(dB)=10log10輸出功率/輸入功率=20log10輸出電壓/輸入電壓或損失(dB)=10log10輸入功率/輸出功率=20log10輸入電壓/輸出電壓
電壓(dBμV)=20log10該點以μV計之電壓/標準強度(1μV)
此電壓是在50Ω阻抗上測得: 以跨在50Ω阻抗上之負載,1μV均方根電壓所產生功率為參考標準.
或dBμV=20log10(50Ω阻抗上電壓,單位為μV)
dBμV表示高出1μV多少個dB,也就是以dB表示高出1μV/50Ω標準強度有多少．
(3)THE IEC 801-2 TEST STANDARD FOR ESD(靜電放電試驗)
A.耦合方式
I.直接ESD
i. 針對待測物之導體部分采用接觸式放電:
ii. 針對待測物之非導體部分采用空氣式放電:
II.間接ESD
均采用接觸式放電處理
i.水平耦合板(HCP)
ii.垂直耦合板(VCP)
(4)THE IEC 801-4 TEST STANDARD FOR EFT(快速電性脈沖試驗)
a.耦合方式
I. 電容式耦合: 模擬傳導耦合
III.空腔式耦合: 模擬輻射耦合
(5)電磁干擾之防制電路設計注意事項
a.振蕩源輸出處加EMI過濾電路元件如下
b.振蕩源輸出處加EMI過濾元件如EMI BEAD如下
c.CLK信號輸出及輸出處加EMI過濾元件BYPASS TO GND如下:
d.信號輸出介面處加EMI過濾元件BYPASS TO GND如下:
e.電源輸出處加EMI過濾電路元件BYPASS TO GND如下:
f.電源輸出處加EMI過濾元件如下:
總之: a. 接地面積盡量加大;
b. 盡量使用多層板之設計.
5.LED顏色
(1)RED: 危險或警告或+5V;
(2)YELLOW: 注意或+3.3V;
(3)GREEN: 安全或-12V;
(4)BLUE: 特別訊息;
(5)WHITE: 一般訊息或-5V;
(6)BLACK:GROUND;
(7)ORANGE: 5VS.。