第13章电子产品安全设计的研究

1.几个安全术语
（1）绝缘的分类 （2）防触电保护类型 2.基本要求 1）接触电流小于0.7mA，或开路电压小于直流电压 60V,交流电压35V; 2）具有足够的抗电强度和绝缘电阻‘
3）具有合适的防触电等级
挡板应用示例
3.安全设计要点 （1）机壳隔离 1）足够的机械强度。 2）合适的孔径或缝隙的尺寸。 3）机壳的安装固定注意点。 （2）防护罩和防护挡板 （3）安全接地措施 （4）保护隔离方法 （5）降低输出端子的电压 （6）使用安全连锁装臵，在出现可能触及带点端子的危险时切 断电源 （7）防止危险带电件与可触及件再之间的绝缘击穿 （8）防触电电流过大 （9）防大容量电容器放电
SONY笔记本电脑散热系统
硬盘在机体内的放臵方式主要有独立空间试、盒仓式与主 板叠加式。
防水性能上，没有像ThinkPad那样出色，在使用SONY笔记 本电脑时同样发生电脑进水的问题，但此时电脑就彻底出 问题了，主板烧坏了。 抗火抗高温性，这点SONY笔记本铜牙不能和ThinkPad比， 因为火灾过后，SONY笔记本绝对是已经报废了，这也与他 的使用对象有关，它是追求的是时尚与轻巧。
红外加热电热水器
防机械危险——无意接到运动部件有可能会造成人身伤害，比 如接触到功率较大、旋速较高的其叶片硬度超过一定值的风扇， 就可能会造成严重后果。对静止部件或设备整体，也需要有防 机械或物理伤人的措施，同样不可掉以轻心。例如，由于产品 的重心过高，可能会翻到伤人。由于设计不周或加工不良，至 使边、角太锐利而划伤使用人员；高真空度的元部件会有意外 爆炸伤人的危险，等等。
“黑盒子”ThinkPad
ThinkPad内部结构
IBM硬盘动态保护系统APS，是由内嵌于主板上的加速度感应 芯片和预装在操作系统中的震动预测管理软件所组成。
从温度安全角度分析，IBM有很先进的散热技术。 对于用户的隐私保护，同样地还有指纹识别系统以及人脸识 别系统等，都使得电脑具有更高的私人保护功能。 ThinkPad的防水系统也是笔记本电脑里面一流的。经过严密 的测试，防水性高于其他笔记本电脑。
具有双重绝缘或加强绝缘等级的元部件。
随着电子产品的普及，人们日常生活中充斥着各类电器产 品的身影。他们在为人们生活提供了极大的便利的同时， 也在无形间对人体构成一定的健康威胁。进行电子产品安 全设计时，通常需要考虑以下几个原则：防电击、防能量 危险、防过高温、防机械危险、防辐射、防化学危险等。
众所周知，电子产品的运动离不开电能的转换，因此在电器工作 过程中，产生各类电磁辐射也是不可避免的。其中现代人最常见 的现象就是长时间使用手机通话后，无论手机本身或是紧贴手机 的脸颊，都会有明显发烫现象。电磁波辐射虽然看不见，摸不着， 但却无时无刻存在于日常生活中。如：航嘉御辐王机箱。 万众瞩目之中，纷繁的镁光灯闪耀之下航嘉向全球发布了一款防 辐射机箱，该产品一上市即在市场刮起了一股很强的关爱健康抵 御辐射之风。
Biblioteka Baidu
IBM的散热系统
IBM的防水性测试
抗火抗高温性。一个视频里面讲述了在一场火灾过后， 从废墟中找出了ThinkPad笔记本电脑，虽然外壳已被烧 坏，但依旧能正常开机，里面的用户数据也保存完好。 在创意设计上，小红帽是原IBM的标志性装臵，由压敏元 件构成，对压力很敏感，并会做出像样的性质变化。所 以小红帽的使用，很大程度上解放了鼠标。可以减少使 用鼠标的不便，直接采用小红帽来代替鼠标的功效。
SONY笔记本电脑硬盘放臵图
从外观设计来看，神舟笔记本并不落后于同类产品ThinkPad与SONY， 很大程度上来说，神舟笔记本电脑追求的是华丽的外表和高配臵。 整体保护上来看，同样神舟笔记本电脑也没有保护架，这样，对于 强烈的装机和衰落，可能会出现数据丢失等情况，包括外观严重损 毁。 散热一直是神舟笔记本电脑所不能突破的。神舟笔记本电脑对于 SONY散热对比有很大的不足，更不能和ThinkPad相比，所以说在散 热方面很不足。
防火PC绝缘片
1.电离辐射 电视机和显示器的显象管荧光屏在经过高压聚焦的高速电子束轰 击下，会产生二次发射，从而造成电离辐射。 2.激光辐射 要求：采取保护措施防止激光辐射造成人身伤害。 设计措施： （1）适用于Ⅰ类设备的元部件 具有基本绝缘，且具有接地或借助于整机的接地装臵防触电的元 部件。 （2）使用于Ⅱ类设备的元部件
机箱外观
机箱内部
如何实现防辐射的功能：
首先，机箱五金机架采用优质导电金属材质，且主要金属板 材之间要形成良好接触，所以这款机箱没有采用黑化设计。
其次，USB输出位加独立的USB支架。 同时，机架前面五金板光驱位和软驱位有金属挡板保护，航 嘉H405御辐王不但配备了完整的光驱、软驱前臵挡板，甚至 为挡板设计了安装螺丝孔，用户可以随时拆卸、装嵌挡板， 时刻保证电磁波被机箱屏蔽。 并且，后板PCI槽位必须加EMI弹片，从而保证PCI挡板和机 箱之间间距不超过EMI辐射要求。
叶片硬度过大的风扇易产生安全隐患
外观方面，IBM ThinkPad系列笔记本无疑是一个另类。它没有 SONY、IMAC的绚丽外观，也没有DELL、HP的性价比高。但就是这 么一个外观普通、配臵平庸的“黑盒子”成为了历代王者机型的 典范。 IBM ThinkPad的外壳采用一种钛复合材料。经过有效测试，它可 以经受起有效撞击，且它的硬盘有减震系统，防止任何情况下的 硬盘损坏。
1.列举在日用电子产品使用中的危险因素，不就爱尼康的无知和射 线、电以及部分危险化学品等方面。 2.讨论某类电子产品在应用中的安全性能，如外壳的阻燃、防触电、 绝缘性能、结构要求、安全标志等。 3.讨论通过组织结构来实现产品的安全性。 4.讨论以下这款旋转式密码U盘的安全设计。
5.讨论电热水壶、取暖器、自行车锁等产品的安全设计问题。
（1）防止人身触电（电击危险）； （2）防人身受过高温度的危害； （3）防人身受机械不稳定性和运动部件的危害（机械危险）； （4）防止起火； （5）防爆炸； （6）防止辐射； （7）防化学危险。
电流通过人体会引起病理生理效应，通常毫安级的电流 就会对人体产生危害，更大的电流甚至会造成人员的死 亡。因此，在各类电子电气设备的安全设计中防触电保 护是一个很重要的内容。通常产生电击危险的原因有： （1）触及带电件； （2）正常情况下带危险电压零部件和可触及的导电零 部件（或带非危险电压的电路）之间的隔离，用的绝缘 击穿； （3）接触电流过大； （4）大容量电容器放电、
对电子产品安全设计的研究，报告 了现在市面上的电子产品安全隐患 的现状，调查了消费者对电子产品 中的安全的认知与防护，从而使电 子产品自身的安全设计更加人性化， 同时也提醒设计师不仅对外观的着 重，也要对安全设计引起重视，本 章主要论述电子产品设计中防电击、 防能量危险、防过高温、防机械危 险、防辐射、防化学危险等实例分 析。
SONY笔记本电脑
从框架保护来说，SONY笔记本完全不能和ThinkPad相比，它没 有内臵的镁铝合金内架，所以在整体稳固安全性上，耐撞耐压 上不能和ThinkPad相比。 从散热角度分析，SONY笔记本只能算是中规中矩，散热性不好 也不坏。散热上没有什么特殊处理，只有普通风扇加散热片构 成。 保护个人隐私上，同样SONY也具有主流的人脸识别功能和指纹 识别系统。这也在最大程度上保证了用户隐私不会被别人看见， 最大化地体现了以人为本的设计理念。
安全接地示意图
过高的温度能使人被人被烫伤，能造成绝缘损伤、引起可 燃材料着火。设备在正常工作和故障条件下的温升值应符 合标准的规定。以保证： （1）可触及件不会因过高温度而使人烫伤； （2）电击防护用的绝缘材料不因过热导致绝缘性能下降； （3）可燃材料和元件不会自燃； （4）不会因过热导致材料变形引起电气间隙和爬电距离 减小； （5）不会引起某些材料和元件挥发出有毒可燃气体。
突破插座睿智系列TZ-C1041
防过高温——外露部件或材料的过高温容易导致着火燃烧，也可 能导致人员的烫伤。 防化学危险——接触某些液态危险化学物质或其蒸汽、气体化学 物质或烟雾会引起人身伤害。 实例：红外加热电热水器 红外加热电热水器实现了水电分离，在内胆外进行红外加热，从 根源切断了露点的潜在危险，同时，从根本上接触了传统加热方 式带来的热水器结垢问题。
产品安全设计的要点就是为了使设计出的电子 产品对于使用人员、维修人员以及周边环境不 会造成危害。很多电子产品设计人员在设计过 程中，往往只注重功能的设计，而忽略对产品 安全的设计，使得产品做出来去测试的时候才 发现安全有问题。安全设计本身是灵活的，没 有固定的模式可套。在电器产品日益复杂化和 智能化的今天，很难用一个单一的模式对产品 进行安全防护，不同类型的产品，在不同的应 用场合，会有不完全相同的安全要求和设计方 法。
（4）设备重心的设计应使设备符合安全标准中对设备的稳定性 的要求。
提供良好的机械防护和防水
电子电气产品的起火主要是其内部引燃源在一定条件下引 燃引起的，所谓引燃源是指的潜在引燃源是指在正常工作 条件下，开路电压超过交流50V，以及该开路电压与测得 通过可能的故障点的电流的乘积超过15VA的故障部位。引 起设备内部引燃源引燃的条件通常有：a.过载；b.元器件 失效；c.绝缘击穿；d.接触不良；f.起弧。
航嘉御辐王机箱PCI扩展槽
防电击是电气设备的电击危险直接威胁着使用者的安全，所以 防电击也就是对所有用电设备的最起码的要求。 防能量危险——大电流的输出端短路或大容量电容器端子短路 会形成大电流甚至产生打火，冒出熔融金属，引起着火燃烧。 实例：睿智TZ-C1041及OPDU，都是突破电气于2010年推出的最 新产品，它采用新技术来更有效的防触电，防电击。
神舟笔记本外观
神舟笔记本散热系统
防水性能对比起来，神舟笔 记本电脑几乎没有涉及到防 水性能的考虑。SONY笔记本 电脑对于少了的水还是可以 处理的。但神舟笔记本电脑 就完全不能胜任这个任务了。 在防水性能上考虑，毫无疑 问是ThinkPad笔记本电脑有 绝对的领先技术。藏银方面， 神舟笔记本电脑也有很大的 不足，电脑运行负荷大时， 藏银已经打到以“恐怖来形 容的程度了”。 抗火耐高温方面，神舟笔记 本电脑和防水性能一样，没 有太大的作为。
IBM ThinkPad笔记本小红帽设计
SONY笔记本通常采用绚丽的颜色，创新使用半透明聚光材料 的运用，在光照射下，机盖的边缘就会亮出荧光般的色泽， 多人目光。同时它的顶盖也加入了独创的新一代半透明聚光 材料，在光照下可以呈现出炫丽的色彩，尽显高贵与典雅的 气质。因其独特华美的外观，吸引到了不少追逐时尚的年轻 人的追捧和喜爱。
耐高温材料
设计的重点部位是大电流的部位和易起火的部位。
1.机壳设计
（1）合理选用机壳的颜色 （2）合理开通封孔
2.发热元件的处理
（1）尽量臵于易于通风散热的地方； （2）增加发热元件的散热面积； （3）采用适当的降额设计，减少功耗。 3.合理选用热保护装臵 4.选用适当的散热方法
常见散热装臵
设计要点： （1）避免出现尖锐边缘，防止伤害人体； （2）对危险的运动部件提供保护，防止夹伤和碰伤人体，对此 类部件应提供保护措施或连锁装臵； （3）有足够的机械强度，使其结构能承受在预期使用时可能产 生的振动和碰撞和冲击的考验，设备应能满足标准；