全面瞭解IEC 62368-1電子產品安全標準

作者 : Todd Phillips、Prasad Tawade,Littelfuse電子業務部全球市場經理、策略行銷經理

隨著資訊/通訊和音訊/視訊技術之間的界限變得愈趨模糊,IEC 62368-1是根據危害而作出規範的安全工程標準,因此適用於非常廣泛的應用範圍。

對電源相關的產品和元件進行監督管理,在設計開發和使用者安全上十分重要。數十年來,國際電工委員會(IEC)主導規範了如何設計資訊技術設備和音訊/視訊產品以確保安全性。由於IEC傳統的設備安全方法是根據特定產品和事件來進行規範,這導致先前的標準IEC 60950-1 (資訊和通訊技術設備)和智慧家庭 (音訊和視訊設備)較為被動和不太適用於新興技術。

2020年12月20日,新法規IEC 62368-1成為單一默認標準,因此設計人員不再可以選擇遵循資訊/通訊技術標準或音訊/視訊設備標準。隨著資訊/通訊和音訊/視訊技術之間的界限變得愈趨模糊,IEC 62368-1是根據危害而作出規範的安全工程標準,因此適用於非常廣泛的應用範圍。

新標準對特定產品的針對性較低,它側重於設備內的能量和預期的環境狀況。這種放眼未來的方法,目的在鼓勵製造商應對產品設計和預期用途中的已知危害,包括工業和住宅用途。

 

圖1:比較IEC 62368-1標準涵蓋的產品類型與早期標準IEC 60950-1和IEC 60065涵蓋的產品類型。

(來源:Littelfuse)

 

範圍和準則

新標準的範圍比較廣泛,它包括所有先前不同標準涵蓋或根本尚未涵蓋的應用,適用於電壓高達600V電子設備,例如POS機、銀行、其他電訊和辦公設備、揚聲器、監控攝影機、智慧家庭設備,以及其他音訊/視訊設備。此外,這個新標準還涵蓋物聯網(IoT)裝置、筆記型電腦、行動裝置、遊戲系統和其他電池供電的電子設備。

儘管IEC 62368-1標準已經生效了好幾年,但設計人員以往還是可以根據應用選擇遵循IEC 60950或者遵循IEC 60065,而非IEC 62368-1標準;然而,現在這項選擇沒有了。IEC 62368-1標準採用基於危害的規範,考慮了設備的設計及其用途,以確定測試和評估準則。這項標準還定義了在設備中要考慮使用哪些保護元件。這些基於電源的標準演變雖然看起來很複雜,但這種新方法可以提高安全性和設計靈活性。

合規性測試

交流線路保護元件有助於提高產品的可靠性,但必須遵循IEC 62368-1要求的特定測試。我們必須決定適用的過電壓類別,以斷定某些測試的參數。

電子設備連接到電網的位置,有助於定義過電壓類別。設備距離電網越近,過電壓類別和危險性就越高。例如,房屋外部的電錶透過供電線連接到變壓器,被視為IV類過電壓;而家庭中的斷路器面板則屬於較低的過電壓類別。PC、路由器、筆記型電腦、平板電腦和相關電源等個人電子設備屬於過電壓類別II。

工程師可以根據過電壓類別和線路電壓來確定耐壓等級。連接到120V插座的電源轉換器的額定耐壓為1,500V。對於連接到240V插座的電源轉換器,額定耐壓則增加到2,500V,此額定值是選擇零組件和適用測試的重要基礎。

新標準還包括與用於浪湧保護的壓敏電阻和氣體放電管(GDT)相關的三項測試,舊標準則沒有這些測試。暴露於浪湧事件的壓敏電阻會隨著時間推移而劣化,最終會帶來危險。IEC 62368-1現在將壓敏電阻稱為可能的點火源,因而需要額外的測試。

壓敏電阻超載測試(標準附錄G.8部分)是一項逐步提高壓敏電阻之功率的壓力測試。這項測試使用交流電源,透過電阻器將兩倍設備額定電壓施加到被測的壓敏電阻上。從高電阻開始進行測試,然後降低電阻,直到壓敏電阻發生故障或者保險絲、熱斷路器、GDT或其他元件安全地斷開電路。

 

圖2:IEC 62368-1標準要求對具有不可靠和可靠接地連接的安全元件進行超載和過電壓測試。

(來源:Littelfuse)

 

臨時過電壓測試與此類似,但定義了特定的電流值和測試持續時間。在這兩種情況下,壓敏電阻都不會造成損壞。工程師可以提高IEC 62368-1標準中表G.10中定義的壓敏電阻額定值,從而繞過這兩項過電壓測試,但必須選擇具有更高額定值的下游元件,這會增加產品的成本。第三項測試是基本絕緣測試,評測具不可靠接地連接之設備的電氣強度,大多數為非工業插頭產品。如果符合可靠接地的定義標準,則無需進行此項測試。

針對通用電源轉換器選擇合規解決方案

通用電源轉換器通常用於IT設備,可接受廣泛的電壓輸入範圍,例如90~240VAC。在這個電壓範圍內,電源轉換器產品可以在全球與一組通用電子設備共同使用,IEC 62368-1規定的安全要求需要過電流和浪湧保護。

過電流保護

選擇正確的保險絲對於防止過電流事件造成損壞和通過故障測試極為重要。使用者在選擇合適的保險絲時,請考慮以下幾點:

  • 保險絲既要在電路內達到作用,又要在電路正常運作時保持完好;
  • 保險絲不得誤斷開,在正常運作或浪湧脈衝測試期間不得斷開。為此,請計算預測脈衝的能量並將其與保險絲的熱熔值進行比較,透過設定兩個數值之間的適當比率,工程師能夠確信保險絲不會在可預測脈衝期間發生誤斷開;
  • 保險絲的額定電壓必須至少與電源或系統電壓的最大額定值一樣大;
  • 保險絲的最大故障電流額定值應當高於使用位置的最大故障電流,這種斷開能力或中斷額定電流決定了保險絲可以安全中斷的電流大小;
  • 保險絲應可容納於可用空間內;
  • 保險絲必須滿足所需的協力廠商認證要求,包括UL或IEC要求。

使用者可以透過這些要求來確定應用的最佳保險絲產品。例如,Littelfuse建議使用215系列中的3.15A保險絲,因為它在250VAC下具有1,500A高斷開能力。

浪湧保護

業界有幾種可用的浪湧保護技術,安全元件包括壓敏電阻、TVS二極體、保護晶閘管和GDT。

為了確定適合該應用的最佳解決方案,工程師應當首先考慮接地是否可靠。許多家庭、辦公室和商業空間都存在不可靠的接地連接器,例如包括接地連接器鬆動的牆壁插座或者插頭中的接地端子損壞。可靠的接地連接器通常用於工業應用,接地是硬接線,設備在缺乏良好接地連接的情況下無法運作。

對於不可靠的接地應用,IEC 62368-1標準規定在共模下使用壓敏電阻時,對於在高電壓(High)和保護接地之間或中性(Neutral)接地線電壓和保護接地之間的連接,只要它們符合附錄G.8壓敏電阻超載測試要求,就可以考慮使用GDT和壓敏電阻。對於用於差模(高電壓到中性)的壓敏電阻,則必須滿足附錄G.8的所有標準要求。

為了選擇合適的壓敏電阻,最小連續工作電壓至少應當為設備最大額定電壓的1.25倍。選擇壓敏電阻所需的浪湧額定值,可以決定壓敏電阻的直徑大小。GDT還應通過電氣強度測試,以耐受合規所需的電壓。選定GDT和壓敏電阻後,這一對元件還必須通過超載和臨時過電壓測試。

對於通用電源轉換器的例子,300V熱保護壓敏電阻可以保護線對線和線對中性線連接免受電壓瞬變和閃電的影響,同時滿足最低浪湧要求。可以考慮線上對接地和中性線對接地連接中使用3,000V GDT與300V壓敏電阻串聯組合。

 

圖3:Littelfuse系列TMOV壓敏電阻具有多種圓芯直徑,可承受高達10kA峰值脈衝電流和高達480J脈衝能量水準。

(來源:Littelfuse)

 

通用電源轉換器的推薦解決方案

圖4顯示了針對通用電源轉換器超載和浪湧保護的兩個推薦選項。對於不可靠的接地連接,使用保險絲和壓敏電阻進行差模保護。當產品連接可靠接地時,則使用熔斷器和壓敏電阻串聯組合進行差模線路保護,並使用兩個壓敏電阻與GDT組合進行共模保護。

Littelfuse推薦使用原理圖下方列出的元件,其中包括TMOV和UltraMOV系列壓敏電阻,以及CG3系列GDT產品。TMOV系列TMOV14RP300E是一款具有熱保護功能的14mm圓心直徑壓敏電阻,額定電壓為300VAC。它可承受6kA脈衝電流和250J脈衝能量。UltaMov系列V10E300P則具有10mm圓心直徑,並可吸收3.5kA峰值電流脈衝,推薦用於具有GDT的共模保護應用。

Littelfuse建議,將CG3 3.3與V10E300P壓敏電阻一起用於共模連接,CG3系列氣體放電管結合了高擊穿電壓和10kA浪湧額定電流。

 

圖4:推薦用於通用電源轉換器的超載和浪湧保護電路配置和元件。

(來源:Littelfuse)

 

雖然這是許多電子應用最常見的浪湧保護解決方案,但設計人員也可以考慮使用其他解決方案。在比較各項技術時,工程師應當考慮元件以下條件:

  • 鉗位元電壓:顯示裝置在浪湧事件期間的保護能力,數值越低越好;
  • 浪湧事件期間的允通(Let-through)能量:數值也是越低越好;
  • 漏電流;
  • 多次浪湧事件後的使用壽命;
  • 尺寸和成本。

IEC 62369-1標準為安全要求提供靈活性

IEC 62369-1導入了全新的電子產品測試方法,要求工程師在設計產品時考慮已知危害和使用環境。這種基於危害的方法旨在跟進技術進步的步伐,同時在相應框架內為產品設計人員提供更大的靈活性。

隨著製造商確保其產品和元件通過IEC 62369-1認證,他們可以採用具備全新的創新設計和構造方法的途徑。與Littelfuse等製造商或熟悉新標準的經銷商進行合作,可以協助設計人員找到合適的解決方案來實現安全有效的產品。

 

 

 

 

 

加入我們官方帳號LINE@,最新消息一手掌握!

發表評論