IA產(chǎn)品電氣設(shè)計(jì)人員如何面對國際產(chǎn)品安全的要求培訓(xùn)講學(xué)

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。IA產(chǎn)品電氣設(shè)計(jì)人員如何面對國際產(chǎn)品安全的要求IA產(chǎn)業(yè)市場研究IA產(chǎn)品電氣設(shè)計(jì)人員如何面對國際產(chǎn)品安全的要求李志明當(dāng)設(shè)計(jì)工程師接到公司主管指派發(fā)展新一代資訊家電的設(shè)計(jì)專案，要求設(shè)計(jì)出最符合市場趨勢的IA產(chǎn)品，此時(shí)設(shè)計(jì)工程師除了考量新產(chǎn)品基本的電氣功能外，最必要的產(chǎn)品規(guī)格的要求無非是國際上對於產(chǎn)品安全的要求了。為什麼我們會(huì)這樣認(rèn)定呢?最主要的理由是：歐美先進(jìn)國家對於產(chǎn)品安全的重視已經(jīng)有大約一百多年的歷史，因?yàn)樗麄儾t解要保護(hù)其國民在使用各種電子電器產(chǎn)品的生命財(cái)產(chǎn)安全的最聰明的作法；就是根據(jù)產(chǎn)品的特性及常見的

2、諸般危險(xiǎn)設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品安全規(guī)範(fàn)，並且徹底的要求產(chǎn)品生產(chǎn)廠商將此安全規(guī)格納入成為產(chǎn)品規(guī)格的重要一環(huán)。當(dāng)產(chǎn)品能符合國際上對於產(chǎn)品安全的要求，其價(jià)值也因此而提高，使用者會(huì)樂意多付出一點(diǎn)費(fèi)用，買到多一層的安心。對於廠商而言；則能得到較高的市場聲譽(yù)及較具競爭優(yōu)勢的位置，因?yàn)槭袌鰧懂a(chǎn)品品質(zhì)的肯定；絕對是決定市佔(zhàn)率的關(guān)鍵因素。產(chǎn)品成本一直是廠商在設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí)，一定要考量的重要因素，而失敗成本一直是廠商企盼下降的，若設(shè)計(jì)工程師在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期就能掌握安全的必要規(guī)定進(jìn)而導(dǎo)入設(shè)計(jì)內(nèi)，則一方面降低因疏於考量而產(chǎn)生的材料及人工成本，並且能更迅速的將產(chǎn)品切入市場；搶得先機(jī)。另一方面廠商可因此減少上法院訴訟的次數(shù)及費(fèi)用

3、；就是因生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品無法符合產(chǎn)品安全規(guī)範(fàn)的規(guī)定；導(dǎo)致消費(fèi)者受到傷害甚至於死亡。基於以上的說明，筆者認(rèn)為設(shè)計(jì)者必須事先掌握住安全規(guī)格的諸般規(guī)定；並導(dǎo)入於產(chǎn)品的設(shè)計(jì)內(nèi)，在此有限的篇幅，筆者將就個(gè)人在安全規(guī)格領(lǐng)域近二十年的學(xué)習(xí)及經(jīng)驗(yàn)，希望能提供給讀者一個(gè)清楚的概念與認(rèn)識(shí)，甚至對讀者的工作有些幫助。一般資訊家電的設(shè)計(jì)，主要針對兩大方面，一是電氣設(shè)計(jì)；另一方面是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此下文也將先根據(jù)電氣設(shè)計(jì)方面；說明在國際的安全標(biāo)準(zhǔn)IEC60950及IEC60065的一些重要概念及規(guī)定。1.產(chǎn)品的電擊防護(hù)等級(jí)的定義：在IEC60950對於電擊防護(hù)等級(jí)分為三類，以下說明：第一級(jí)設(shè)備（CLASSIEQUIPMENT

4、）：所謂第一級(jí)設(shè)備是指產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供一個(gè)基本絕緣及在建築物內(nèi)裝設(shè)該產(chǎn)品時(shí)作為連接到大地的接地導(dǎo)線；基本絕緣被破壞後，險(xiǎn)電壓也不會(huì)對使用者造成傷害。一般而言，一級(jí)設(shè)備內(nèi)有些零件須符合雙重或加強(qiáng)絕緣。第二級(jí)設(shè)備（CLASSIIEQUIPMENT）：所謂第二級(jí)設(shè)備是指產(chǎn)品的電擊防護(hù)，僅僅倚賴基本絕緣，提供雙重或加強(qiáng)絕緣。第二級(jí)設(shè)備內(nèi)沒有接地防護(hù)的結(jié)構(gòu)。第三級(jí)設(shè)備（CLASSIIIEQUIPMENT）：所謂第三級(jí)設(shè)備是指產(chǎn)品內(nèi)部的電路或零件承載的電壓；安全極低電壓，無任何危險(xiǎn)電壓者。然而在IEC60065對於電擊防護(hù)等級(jí)僅分為二類；上述的第一級(jí)設(shè)備及第二級(jí)設(shè)備，此假設(shè)資訊家電產(chǎn)品；產(chǎn)品內(nèi)部的電路或零件

5、承載的電壓只有12Vdc以下，IEC60950會(huì)定義其為第三級(jí)設(shè)備，IEC60065會(huì)定義其為第二級(jí)設(shè)備，以若此產(chǎn)品同時(shí)申請IEC60950及IEC60065的認(rèn)證時(shí)，對於電擊防護(hù)等級(jí)須定義為第二級(jí)設(shè)備。得一提的是，何為安全極低電壓?何為危險(xiǎn)電壓?在IEC60950及IEC60065內(nèi)的規(guī)定也有一點(diǎn)不同，IEC60950定義電壓小於42.4Vpeak或60Vdc，即為安全極低電壓，反之則為危險(xiǎn)電壓。在IEC60065定義電壓小於35Vpeak或60Vdc，即為安全極低電壓。2.如何選用安規(guī)零件下列的安規(guī)零件清單，是提供給設(shè)計(jì)人員在選用安規(guī)零件時(shí)，確認(rèn)安規(guī)零件的規(guī)定及申請認(rèn)證時(shí)的參考，並且能要求

6、零件供應(yīng)商提供適當(dāng)?shù)淖C明文件及規(guī)格書。當(dāng)然此清單並非完整，筆者僅就現(xiàn)今市場上常見的產(chǎn)品，所使用的零件做介紹，換言之，若在下列清單內(nèi)未提及的零件，仍須考量其是否置放於一次側(cè)電路；或其他具危險(xiǎn)電壓的電路；或?yàn)榉乐刮ｋU(xiǎn)的產(chǎn)生的保護(hù)元件等等，如果設(shè)計(jì)人員仍無把握自己的判斷，筆者建議最好尋求專業(yè)人員的協(xié)助，以避免因錯(cuò)誤判斷導(dǎo)致時(shí)間的損失。在此舉一簡單的範(fàn)例來說明如何使用下表的資訊，如電源線是由三個(gè)零件組合而成，包括插頭、電線及連接器，而此三種零件有其獨(dú)立的IEC標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)選用時(shí)須注意供應(yīng)商提出的TUV或VDE合格證書內(nèi)是否清楚說明認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)，廠商名稱，產(chǎn)品型號(hào)，而零件的額定電壓，電流，線材內(nèi)導(dǎo)體的截面積等；

7、是否能承受產(chǎn)品本身所必須承載的設(shè)計(jì)值。電源線的規(guī)格書在資訊家電單獨(dú)認(rèn)證時(shí)是不須要送交認(rèn)證單位。表一安規(guī)零件清單零件名稱廠商名稱零件型號(hào)零件規(guī)格可接受的相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證標(biāo)誌證書零件規(guī)格書電源線Powercordset插頭Plugyesyesvoltage,currentVDE0620,VDE0625-1,VDE0625-2-2,EN50075,IEC60320-1,IEC60320-2-2TUVorVDENo電線CableyesyesNumberofconductors,crosssectionVDE0281-1,VDE0281-401,VDE0281-402,VDE0625TUVorVDENo

8、連接器Connectoryesyesvoltage,currentIEC60320TUVorVDENo電源供應(yīng)器Powersupplyyesyesinputvoltage,current,frequency;outputvoltages,currents;protectionclassIEC60950或IEC60065TUVorVDEYes塑膠外殼PlasticenclosureyesyesFlammabilityclass,temperatureUL94ULNo直流風(fēng)扇DCfanyesyesvoltage,current,airflow-ULYes直流風(fēng)扇DCfanyesyesvoltage

9、,current,airflowIEC60950TUVorVDEYes印刷電路板PCB-Flammabilityclass,temperatureUL94ULNo液晶顯示螢?zāi)籐CDPanelyesyessize,type-YesRTC電池RTCbatteryyesyestype,voltage,capacity-Yes電池Batterypackyesyestype,voltage,capacity-YesBatterycellyesyesvoltage,capacity-Yes熱切斷裝置Thermalcut-offyesyestemperatureIEC60691TUVorVDENoPTC電阻

10、PTCresistoryesyesvoltage,currentDIN44080DIN44081TUVorVDENo硬碟機(jī)HDDyesyesvoltage,currentIEC60950TUVorVDENo軟碟機(jī)FDDyesyesvoltage,currentIEC60950TUVorVDENo光碟機(jī)CDROMyesyesvoltage,currentIEC60950,IEC60825-1TUVorVDENo數(shù)位光碟機(jī)DVDROMyesyesvoltage,currentIEC60950,IEC60825-1TUVorVDENo表一安規(guī)零件清單（續(xù)）零件名稱廠商名稱零件型號(hào)零件規(guī)格可接受的相關(guān)

11、安全標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證標(biāo)誌證書零件規(guī)格書直流/交流轉(zhuǎn)換器DC/ACinvertermoduleyesyesvoltage,current,outputvoltage-Yes直流/交流轉(zhuǎn)換器之變壓器Invertertransformeryesyestemperature-Yes數(shù)據(jù)機(jī)卡Modemcardyesyesvoltage,currentIEC60950TUVorVDEYes數(shù)據(jù)機(jī)卡Modemcard;testedwithinequipmentyesyesvoltage,current-YesTNV變壓器TNVtransformeryesyestemperature-Yes光耦合器或光繼電器Phot

12、ocouplerorphotorelayyesyesdistancethroughinsulationVDE0884,IEC60950TUVorVDE,FINo突波吸收器Varistoryesyesvoltage,currentIEC61051,CCEE42200,CECC42201TUVorVDEYes輸入插座ApplianceInletyesyesvoltage,currentVDE0625-1,EN60320-1TUVorVDENo電源開關(guān)Powerswitchyesyesvoltage,currentVDE0630-1,IEC61058-1TUVorVDENo選擇開關(guān)Voltagese

13、lectswitchyesyesvoltage,currentVDE0630,IEC61058-1TUVorVDENo保險(xiǎn)絲Fuseyesyesvoltage,timecharacteristic,currentVDE0820,IEC60127-2,IEC60127-3TUVorVDEorULNo一次側(cè)電路連接器Primaryconnectoryesyesvoltage,currentVDE0627TUVorVDENoX電容X-capacitoryesyesmaximumcapacity,voltageIEC60384-14/1981orIEC60384-14/1993TUVorVDE,SEV

14、NoY電容Y-capacitoryesyesmaximumcapacity,voltageIEC60384-14/1993TUVorVDENo表一安規(guī)零件清單（續(xù)）零件名稱廠商名稱零件型號(hào)零件規(guī)格可接受的相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證標(biāo)誌證書零件規(guī)格書線性濾波器Linefilterorchokeyesyestemperature-Yes變壓器Transformeryesyesisolationclass-Yes電解電容Storagecapacitor-typecapacityorcapacityrange,voltage,temperature-No洩放電阻Bleederresistor-typeresis

15、tance,power-No陰極射線管CRTyesyesdotpitch,antiglaretreatmentVDE0860,IEC60065,sub-clause18TUVorVDEYes消磁線圈Degaussingcoilyesyes4isolationlayers-Yes返馳變壓器FBTyesyesflammabilityV-2min.,temperatureUL94ULYes三層絕緣線TripleinsulatedwireyesyestemperatureIEC60950TUVorVDEYes輸入插座內(nèi)裝抑制電磁干擾濾波器EMIfilterwithinletyesyesvoltage,

16、currentVDE0565-3,VDE0565-3ATUVorVDEYes繼電器Relayyesyesvoltage,currentVDE0435-120,VDE0435-201,IEC60255-1TUVorVDENo資料來源：臺(tái)灣德國萊因技術(shù)監(jiān)護(hù)顧問有限公司3.工作電壓的量測及印刷電路板的佈線的相關(guān)規(guī)定對電子工程師而言；印刷電路板的佈線是非常重要的一環(huán)，在安全的要求上，也是常常被輕忽的，依照筆者個(gè)人的認(rèn)證經(jīng)驗(yàn)，能夠一次就將印刷電路板的佈線作好，符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定的產(chǎn)品是很少見的，因此特別用些許篇幅來說明這方面的規(guī)定。首先，回顧絕緣系統(tǒng)的要求及定義，一般而言介於具危險(xiǎn)電壓零件（一次側(cè)電路）及接

17、地之間須要基本絕緣，而介於一次側(cè)電路及可觸及的未接地導(dǎo)電零件之間，或浮接（floating）的SELV的電路之間，或TNV電路之間，則須要雙重或加強(qiáng)絕緣。下圖一是基本的線性變壓器，一次側(cè)電路直接接到電源AC230V，二次側(cè)電路在正常工作狀態(tài)會(huì)被使用者所碰觸且為安全極低電壓，所以一次側(cè)電路與二次側(cè)電路間要求雙重或加強(qiáng)絕緣，但是圖中顯示一次側(cè)電路與二次側(cè)電路間被一接地的導(dǎo)體隔離，因此一次側(cè)電路與接地之間只要基本絕緣，而二次側(cè)電路與接地間只要功能絕緣即可。圖一基本絕緣補(bǔ)充絕緣根據(jù)上述，我們嘗試將圖一轉(zhuǎn)化為印刷電路板的佈線如下圖二，就可以更清楚的建立這個(gè)觀念，此種設(shè)計(jì)可以使印刷電路板的尺寸縮減。圖二如

18、何決定工作電壓（WorkingVoltage），基本上，我們須考量下列的因素，包括了儀器，電壓特性等，當(dāng)吾人量測取得待測電路的工作電壓值，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)查表取得空間距離（clearance）與沿面距離（creepagedistances）之要求值，特別注意的是IEC60950及IEC60065的規(guī)定是有些許的差異，一般而言，設(shè)計(jì)者須採取較嚴(yán)格的值來設(shè)計(jì)：量測儀器需有足夠之頻寬，以提供精確的量測值，如須測r.m.s值時(shí)，則量測儀器不論是測正弦波或非正弦波，均須提供truer.m.s.值；量測d.c.電壓時(shí)，任何重疊漣波之峰值應(yīng)包括在內(nèi)；非重覆性的突波不予考慮；在決定空間距離（clearance）及電

19、氣強(qiáng)度測試電壓時(shí)，ELV或SELV電路的電壓應(yīng)視為0，但在決定沿面距離（creepagedistance）時(shí)，則須按實(shí)際電壓計(jì)算；可觸及的未接地導(dǎo)體零件應(yīng)視為接地；若變壓器之繞組或其它部份為浮接，則此處應(yīng)視為接地，並因此而獲致最大的工作電壓；在雙重絕緣處，橫跨基本絕緣的工作電壓值，應(yīng)先將補(bǔ)充絕緣處短路視之，而得出之電壓值，反之亦然。變壓器繞組間的絕緣，則先將其中一個(gè)絕緣短路之，而在其它絕緣上有最高工作電壓產(chǎn)生；變壓器兩繞組間的絕緣，其工作電壓應(yīng)取兩繞組內(nèi)任2點(diǎn)的最大電壓值，可能連接至此繞組之外加電壓，亦應(yīng)包括在內(nèi)；變壓器繞組與其它零件間的絕緣，其工作電壓應(yīng)取此繞組內(nèi)任一點(diǎn)至其它零件之最大電壓值

20、；可取外電源的額定值（nominalvalue）短時(shí)間的電壓情形不予考慮（例如TNV線路內(nèi)的振鈴訊號(hào)）走筆至此，為使讀者更清楚瞭解，特別舉一實(shí)際的量測例子來探討其應(yīng)用。下圖三為一簡易的交換式電源供應(yīng)器（switchingpowersupply），我們使用示波器量測一次側(cè)電路與二次側(cè)電路間，或一次側(cè)電路與接地間的真真值電壓及重複性的最大峰值電壓；如表二所示，然後我們從IEC60950標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)表2H、2J及2L，取得空間距離（clearance）與沿面距離（creepagedistances）之要求值，如表三，從IEC60065標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)圖九，取得空間距離（clearance）與沿面距離（creepag

21、edistances）之要求值，如表四。圖三表二TRUERMSVOLTMETEROSCILLOSCOPEMeasuredtrueVrmsvaluesMeasuredVpeakvaluesA-C(Basic):265VA-C(Basic):400VC-E(Reinforced):234VC-E(Reinforced):375VB-E(Reinforced):295VB-E(Reinforced):485VA-B(Basic):259VA-B(Basic):390VA-D(Basic):240VA-D(Basic):377VB-C(Functional):133VB-C(Functional):4

22、55VC-D(Functional):355VC-D(Functional):450VA-F(Basic):240VA-F(Basic):340V表三traceinsulationcreepagedistances(mm)Clearances(mm)A-C(Basic)3.22.0C-E(Reinforced)5.04.0B-E(Reinforced)6.44.0+0.2A-B(Basic)3.22.0A-D(Basic)2.5*)2.0B-C(Functional)2.5*)1.5+0.1C-D(Functional)4.0*)1.5+0.1A-F(Basic)2.52.0表四tracein

23、sulationcreepagedistances(mm)Clearances(mm)A-C(Basic)3.03.0C-E(Reinforced)6.06.0B-E(Reinforced)6.06.0A-B(Basic)3.03.0A-D(Basic)3.03.0B-C(Functional)-C-D(Functional)-A-F(Basic)3.03.0從上述兩表所取得結(jié)論，若此交換式電源供應(yīng)器要同時(shí)符合IEC60950及IEC60065時(shí)，則一次側(cè)電路與二次側(cè)電路間須至少有6.4mm，而一次側(cè)電路與接地間須至少有3.2mm。如何選用絕緣材質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)中，對於絕緣的方式，有兩種型式，一為”固態(tài)”或”硬式”絕緣物，且沿著該絕緣物表面；需具有足夠之厚度，沿面距離及空間距離。在選用絕緣材質(zhì)時(shí)，需考慮下列諸多因素：a.)電氣強(qiáng)度b.)耐熱強(qiáng)度c.)機(jī)械強(qiáng)度d.)工作電壓之頻率e.)工作環(huán)境（如溫度、壓力、溼度及污染程度）基本上，不能使用吸水性的材質(zhì)；如天然橡膠具石綿物質(zhì)者，不可做為絕緣物使用。吾人如何判斷所使用的絕緣物是否具吸水性，可經(jīng)由濕度測試（HumidityTest