摘要：本文依据《GB4943.1-2011 信息技术设备 安全第1 部分：通用要求》的规定，对目前市面上销售的电源适配器和其他产品上应用到的电源模块相关安全进行分析，对检测过程中发现的常见和严重问题进行举例和分析，并提出有效的整改方案。
关键词：电源适配器；电源模块；安全风险
1.引言：
随着社会的进步，科技的发展，消费者日常使用的电子设备、通信设备日益繁多，这些设备都需要用到电源适配器或者内置电源模块，由于其直接与电源网络相连接，消费者在平时使用中会直接或间接的接触，存在被电击的风险。为信息技术设备、电信终端设备供电的电源适配器或电源模块属于强制性产品认证（以下简称CCC）目录范围内，对于大企业，设计技术相对成熟，生产流程也较规范，但对于小企业，很多无专业研发人员，甚至无研发人员，直接从别人的产品上进行复制，但由于不懂其原理和安全标准要求，故认证检测过程中存在各种安全问题。本文根据标准《GB 4943.1-2011 信息技术设备 安全第1 部分：通用要求》的规定对普遍存在的问题进行探讨。
2.正文：
GB4943.1-2011标准将消费者可能涉及到的危险分为七大类：电击；与能量有关的危险；着火；与热有关的危险；机械危险；辐射；化学危险；本文要探讨的是电击危险以及着火中的相关问题。电击是由于电流通过人体而造成的，其引起的生理反应取决于电流值的大小和持续时间及其通过人体的路径。电流值取决于施加的电压以及电流的阻抗和人体阻抗。人体阻抗依次取决于接触面积、接触区域的湿度和施加的电压和频率，本文主要关注的是施加的电压和接触区域，对于接触面积和环境湿度等因素进行忽略。大约0.5mA的电流就能在健康的人体内产生反应，而且这种不知不觉的反应可能会导致间接的伤害。电流再大些，就会产生直接的影响，例如烧伤、肌肉痉挛导致无法摆脱或心室的纤维性颤动。
接下来通过案例的方式进行一一分析。
产品描述：输入电压为100~240Vac，50/60Hz，I类设备，内置电源模块，产品仅适用于海拔2000m及以下安全使用，产品如下图所示：
图1、正面、侧面图 图2、地面、侧面图
图3、内部图
图4、内部图
问题点：
1.如图4所示，初级线材（开关线）上施加10N的拉力，能接触次级元器件（例如：芯片）；次级线材（输出线）用10N的拉力，能接触初级元器件（例如：电容、变压器）。
分析：根据GB4948.1-2011中的表2H，一次电路和未接地的SELV电路之间需满足加强绝缘，由于次级线材（输出线）热塑套管（厚度<0.4mm）满足基本绝缘，但不满足加强绝缘要求，根据标准定义，加强绝缘所提供的防电击的保护等级相当于双重绝缘，故次级线材（输出线）和初级元器件之间（电容、变压器等）需满足附加绝缘的要求。同理，初级线材（开关线）和次级元器件（芯片等）亦需满足附加绝缘的要求。
产品的输入电压为100~240Vac，经测量，两者之间的峰值工作电压Vpeak<420V，有效值工作电压Vrms<250V，根据GB4943.1-2011中的表2K，其最小电气间隙要求2.0mm，实际0mm，小于要求值；根据表2N，最小爬电距离2.5mm，实际0mm，小于要求值。
整改方案：
1）：线材外套不小于0.4mm厚的绝缘热缩套管；
2）：使用加强绝缘的线材；
3）：缩短线材长度，确保在10N的拉力下对应的电气间隙和爬电距离满足附加绝缘的要求。
表2K 一次电路绝缘以及一次电路与二次电路之间的绝缘最小电气间隙（适用于海拔2000m 以下）
注：
1）如果峰值工作电压超过交流电网电源电压的峰值，那么允许在最邻近的两点之间使用线性内插法。所计算的间隙值进位到小数点后1位。
2）预定在海拔2000m以上至5000m使用的设备，其最小电气间隙应当是上述数值乘以GB/T 16935.1的表A.2给出的对应海拔高度5000m的倍增系数1.48后的数值，预定在海拔5000m以上使用的设备，其最小电气间隙应当乘以GB/T 16935.1的表A.2给出的倍增系数。
3）由于该设备最大输入电压为240V，根据查表2J和附录Z，该设备可能承受的电网电源瞬态过电压为2500V。
4）根据该产品的使用环境和污染等级的定义，该产品使用环境为污染等级2。
表2N 最小爬电距离
注：
1）标准2.10.4.2 材料组别和相比电痕化指数中规定，如果不知道材料的组别，应当假定材料为Ⅲb组；
2）表中的数值适用于功能绝缘、基本绝缘和附加绝缘，对加强绝缘，其数值是表中数值的两倍；
3）允许在最邻近的两点之间使用线性内插法。所计算得出的最小爬电距离值进位到小数点后1位。对于加强绝缘，应当将基本绝缘的计算值加倍后再进位。
4）如从表2N查得的最小爬电距离小于相应的最小电气间隙值，则应采用所查得的该电气间隙值作为最小爬电距离的数值
2.如图5所示，电源模块的初级电路，与电网电源的火线L、零线N、地线相连的铜箔，经过测量，L、N铜箔和地铜箔之间的爬电距离2.2mm，电气间隙2.2mm。
分析：根据标准GB4943.1-2011中的表2H，双重绝缘的导电零部件（L/N铜箔）与接地的导电零部件之间需满足功能绝缘。
同问题1的方式分析可得，L、N铜箔和地铜箔之间的最小爬电距离应为2.5mm，实测2.2mm<2.5mm，不满足要求，最小电气间隙1.5mm，实测2.2mm>1.5mm，满足要求。
整改方案：
1）将初级铜箔（L、N）或地铜箔削薄，确保初级铜箔和地之间的爬电距离距离大于2.5mm。
2）于初级铜箔（L、N）和地铜箔之间开槽，确保初级铜箔和地之间的爬电距离距离大于2.5mm。
图5 电源板背面走线
3.如图5所示的地铜箔，在进行“2.6.3.4 接地导体及其连接的电阻”测试中，铜箔烧断，保护连接导体的电阻大于0.1Ω。
分析：GB4943.1-2011中规定的，接地导体及其连接的电阻是将该电阻在规定的时间内施加相应的试验电流后测量其电压降，通过欧姆定律计算出电阻值，根据标准规定，测试施加的电流为32A，试验时间为120s，保护连接导体的电阻不得超过0.1Ω。
整改方案：
在PCB走线设计和制作时，将地铜箔的锡膏厚度增加，由于存在以上问题2，所以不能增加地铜箔宽度，否则爬电距离不满足要求。
4.根据图6，产品底面可以看出，该产品设计了两种安装方式：平放于桌面和挂墙，当选用挂墙的方式安装时，侧面（图7）成为底面或顶面，底部外壳厚度1.32 mm，孔径3.04mm。
分析：标准GB4943.1-2011 4.6.2防火防护外壳底部的要求：防火防护外壳底部或独立的挡板应当能在所有那些在故障条件下可能会喷出一些物质引燃支撑表面的内部零部件的下面具有防护作用，当图7为底面时，开口的位置正上方为电源模块，此时底部开孔不满足要求。
解决方案：
1）：取消挂墙安装方式。
2）：将该面设计为不开孔；
3）：开孔处设计内挡板，挡板结构如下图8所示；
4）：防火防护外壳金属底部符合表4D 中任何一行的尺寸限值
图6 图7
图8
表4D 防火防护外壳金属底部开孔的尺寸和间距
根据以上案例可以看出，对于带有危险电压的产品（电源适配器或内置电源模块的产品），在产品设计和验证阶段，需从标准的各个方面进行充分考虑和分析，确保出厂的产品满足标准要求并取得相应的证书，于此同时，作为普通消费者，在国内市场购买该类产品时，一定要确认产品是否已获得CCC认证证书及其CCC证书是否有效，才能更好的确保自身生命和财产安全。
论文作者:廖双柳
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/5
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