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開關(guān)電源中的安全件與安全試驗(yàn)

文檔作者：張雁文檔來源：工業(yè)和信息化部電信傳輸研究院泰爾實(shí)驗(yàn)室工程師		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年05月07日
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開關(guān)電源中的安全件與安全試驗(yàn)
張雁工業(yè)和信息化部電信傳輸研究院泰爾實(shí)驗(yàn)室工程師
摘要：本文介紹了開關(guān)電源的基本原理，以及開
關(guān)電源中與安全有關(guān)的元器件及其安全試驗(yàn)的
方法。
關(guān)鍵詞：開關(guān)電源，安全件
Abstract：This article described the basic pnnci—
pies of switching power supply,and switching power
supply with safety"related components and safety
testing methods,
Key words：switching power supply,safety components
開關(guān)電源原理介紹
交流電壓變換成通信設(shè)備所需要的各種數(shù)量等級
的直流電壓。無論是采用集中式供電電源系統(tǒng)的大型
通信系統(tǒng)，還是使用分散式供電電源系統(tǒng)的小容量通
信設(shè)備，其電源的基本組成結(jié)構(gòu)和形式都是一樣的，均
是采用開關(guān)電源系統(tǒng)。開關(guān)電源系統(tǒng)主要由交流輸入、
交流配電、開關(guān)電源整流器、直流配電、蓄電池和監(jiān)控
單元等組成。如圖1所示。開關(guān)電源主要具有以下特
點(diǎn)。
· 體積小、重量輕
· 高效節(jié)能
· 動態(tài)響應(yīng)快、控制性能好
· 電路保護(hù)動作快
由于具有比整流式電源更多的優(yōu)點(diǎn)，因此開關(guān)電
源在各類通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
下面簡單介紹開關(guān)電源的工作原理，市電經(jīng)過電
網(wǎng)濾波器濾去噪聲后(電網(wǎng)濾波器也能將開關(guān)電源產(chǎn)
生的噪聲濾掉，能夠使電網(wǎng)不受其干擾)，經(jīng)過整流器
濾波器后成為300伏左右的直流電壓，將此直流電壓
送人直流變換器的輸入端，變換出負(fù)載所需要的直流
2Ol
一萬方數(shù)據(jù)簪l6 曼攀蔓 靼? 壘皇堡 ! 9
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1 市電
圖1 典型的開關(guān)電源框圖
電壓，脈沖調(diào)制電路從負(fù)載 實(shí)行取樣監(jiān)測，當(dāng)負(fù)載
卜的電壓發(fā)生變化時(shí)，脈沖調(diào)制電路就改變輸出脈
沖的占空比，然后再送到直流變換器，控制直流變換
器中的高反壓功率管的脈沖占空比，這個(gè)過程就是
一個(gè)帶有負(fù)反饋的自動控制環(huán)路，通過它的控制能
夠保持負(fù)載上的電壓穩(wěn)定。
2 開關(guān)電源中與安全有關(guān)的元器
件及其安全試驗(yàn)
在GB4943—2001中對元器件的要求是：“在涉
及安全的情況下，元器件應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)的要求，或者
符合有關(guān)元器件的國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或IEC標(biāo)準(zhǔn)中與
安全有關(guān)的要求。”明確要求元器件應(yīng)按規(guī)定的額定
值使用。由此可以看出，電信終端產(chǎn)品的電氣安全性
能除了要求產(chǎn)品的整機(jī)的電路、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇
應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求外，同時(shí)還要求與產(chǎn)品安全
有關(guān)的元器件和材料也應(yīng)符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。
一般情況下，根據(jù)開關(guān)電源的實(shí)際使用情況，開
關(guān)電源中與安全有關(guān)的安全件分為以下幾個(gè)部分。
2．1過壓保護(hù)部分
過壓保護(hù)通常是為了預(yù)防電網(wǎng)中產(chǎn)生的過高的
電壓脈沖對開關(guān)電源及其負(fù)載電路造成的破壞。一
般使用壓敏電阻，各種類型的放電管等防雷器件。該
類元器件沒有要求強(qiáng)制性認(rèn)證，但是需要在安全件
清單中列出。
2．2 過流保護(hù)部分
過流保護(hù)是為了防止由于開關(guān)電源或者其負(fù)載
電路的異常短路產(chǎn)生的過大的電流對電網(wǎng)及人身的
沖擊而采取的措施。一般是由限流電阻，熔斷器等組
Q i竺 。． 2o11_
成，其中熔斷器是需要單獨(dú)認(rèn)證的元
器件，熔斷器可以依據(jù)許多標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行
認(rèn)證，在通信終端設(shè)備中通常使用的
是小型管狀熔斷器，因此，認(rèn)證時(shí)應(yīng)
提供符合標(biāo)準(zhǔn)GB9364一l 997的CCC
認(rèn)證證書，如果申請人不能提供，則
需要提供48個(gè)熔斷器樣品F}1實(shí)驗(yàn)室按照
GB9364—1 997單獨(dú)進(jìn)行元件試驗(yàn)。
安全標(biāo)準(zhǔn)要求：熔斷器的產(chǎn)品標(biāo)識應(yīng)清晰、準(zhǔn)
確，其元件位號、額定電流等相關(guān)信息應(yīng)標(biāo)注于熔斷
器周邊不可單獨(dú)移動的部件上。在產(chǎn)晶使用說明書
中應(yīng)有類似于“維修更換時(shí)，必須使用相同型號的熔
斷器”字樣的說明。
2．3 電源斷接裝置
電源開關(guān)是設(shè)備的重要斷接裝置之一，電源開
關(guān)是要直接承載危險(xiǎn)電壓的，應(yīng)準(zhǔn)確標(biāo)出該開關(guān)的
“通”和“斷”位置，對于電源開關(guān)需要申請人提供符
合標(biāo)準(zhǔn)(GBl5092．1)的CCC認(rèn)證證書，如果不能提
供則需要申請人提供電源開關(guān)樣品3只，由實(shí)驗(yàn)室
單獨(dú)做元件試驗(yàn)。
另外電源線插頭、器具耦合器等也可以做為設(shè)
備的斷接裝置。電源線組件與設(shè)備的連接，無論是采
用可拆卸的形式，還是固定連接的方式，均應(yīng)提供相
應(yīng)CCC認(rèn)證證書，且應(yīng)按照電源插頭(依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)
GB2099．1—1996、GB1002—1996)、電源線纜(依據(jù)標(biāo)
準(zhǔn)GB5023．5—1997)和電源連接器(依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)
GB17465．1—1998)三部分分別提供。如果設(shè)備是使
用電源插頭做為斷接裝置，則應(yīng)在安裝說明書中的
顯著位置標(biāo)注。
2．4 X電容、Y電容
x電容：是跨接在相線兩端或者相線與火線之
間的電容器。
Y電容：是跨接在相線與電源保護(hù)地之間的電
容器。
X電容、Y電容的作用主要是濾除經(jīng)過整流之
萬方數(shù)據(jù)
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后的電壓：[頻紋波，當(dāng)開關(guān)穩(wěn)壓電流直接連接
220 Vae，50 Hz的交流電時(shí)，經(jīng)整流濾波后形成
l00 Hz的脈動直流，其脈動成分經(jīng)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)后雖然
大大衰減，但仍會有部分殘留在輸 電壓中形成1一
頻紋波，要減少T頻紋波就應(yīng)該加大電源整流濾波
端的濾波電容，但是濾波電容的增加會導(dǎo)致電源體
積和重量加大，因此應(yīng)統(tǒng)籌考慮。
x、Y電容是直接連接在電源的一次電路中，其
兩端存在危險(xiǎn)電壓，因此它們屬于直接影響產(chǎn)品安
全性的關(guān)鍵元件，必須單獨(dú)試驗(yàn)，要求各送樣品45
個(gè)，試驗(yàn)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是GB／T14472。
2．5 電源變壓器
變壓器是開關(guān)電源的重要部件，它主要有兩個(gè)
作用，其一是完成一次電路與二次電路的絕緣隔離，
其二是降低電壓。
從電氣安全的角度講，變壓器的設(shè)計(jì)原則上必
須滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一定防染等級，絕緣條件下
的爬電距離和電氣間隔的要求。
具體設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮轉(zhuǎn)換功率能量、逆變工
作頻率、輸入輸出電壓等級和變換范圍、鐵芯材料規(guī)
格和形式、繞組饒制方式、散熱條件等因素。要根據(jù)
逆變電路的工作頻率，充分考慮饒線的形狀和集膚
效應(yīng)，合理地設(shè)計(jì)變壓器饒線的截面積和適當(dāng)?shù)你~
耗。
為完成開關(guān)電源的安全試驗(yàn)，應(yīng)要求送樣人單
獨(dú)提供4個(gè)變壓器樣品，其中應(yīng)有一個(gè)是未封裝的。
(1)變壓器絕緣試驗(yàn)
在GB4943—2001的附錄C中對變壓器的絕緣
有如下要求：
· 變壓器的繞組和導(dǎo)電零部件應(yīng)作為被連接的
電路零部件。它們之間的絕緣應(yīng)按照設(shè)備中絕緣的
應(yīng)用(見GB4943—2001中2．9．5)符合GB4943—2001
中2．10的有關(guān)要求并通過GB4943—2001中5．2．2
的有關(guān)試驗(yàn)。
· 如果變壓器裝有用做保護(hù)目的的接地屏蔽
層，則其接地屏蔽層與其它接線端子之間應(yīng)進(jìn)行
GB4943—2001中2．6．3．3有關(guān)接地連接電阻的試驗(yàn)。
按照標(biāo)準(zhǔn)表述的要求，做為開關(guān)電源中重要的電氣
絕緣器件，變壓器的初級線圈 次級線網(wǎng)之間應(yīng)能
夠滿足加強(qiáng)絕緣的要求，即在初級線圈 次級線圈
之間應(yīng)能承受電壓值為3 000 V，頻率為50 Hz的正
弦波的交流電壓，或者是等于規(guī)定的交流試驗(yàn)電壓
峰值的直流電壓。變壓器的線圈與鐵芯材料和骨架
之間也應(yīng)滿足相應(yīng)的絕緣要求。
(2)變壓器過載試驗(yàn)
開關(guān)電源在其相應(yīng)設(shè)備的最大負(fù)載(或選擇相
當(dāng)于設(shè)備載荷的模擬負(fù)載)條件下，使用溫升測試儀
分別記錄變壓器的骨架、線圈、接線端子的溫升數(shù)
據(jù)，試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)電壓應(yīng)選擇其額定電壓加上10％的
偏差做為其試驗(yàn)電壓，工作頻率應(yīng)選擇額定頻率的
最大值。例如：某設(shè)備的額定值為：220 Vae，50／60 Hz，
2．0A，其試驗(yàn)電壓應(yīng)選擇242 Vae，60 Hz。按照標(biāo)準(zhǔn)的要
求，溫升試驗(yàn)時(shí)電源單元的輸出加載到變壓器中能
造成最大的發(fā)熱效應(yīng)。一般情況下，當(dāng)變壓器的內(nèi)阻
與其負(fù)載匹配時(shí)負(fù)載為最大。
變壓器繞組的溫升限值應(yīng)符合表1的允許溫度
限值的要求。
(3)變壓器結(jié)構(gòu)圖
表1 變壓器繞組的允許溫度限值
最高溫度(cc)
保護(hù)方法 A級 E級 B級 F級 H級
有固有阻抗或外部阻抗進(jìn) 150 165 1 75 190 210
行保護(hù)
有保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)，在第 200 21 5 225 240 260
1 h內(nèi)起保護(hù)作用
由任何保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)： l 75 190 200 215 235
在第l h后，最大值
在第2 h內(nèi)以及在第72 h 15O 165 1 75 190 21O
內(nèi)，算數(shù)平均值
認(rèn)證時(shí)在完成上述試驗(yàn)后，還應(yīng)逐層拆開變壓
器的鐵芯和線圈，數(shù)清各繞組的線圈圈數(shù)，并根據(jù)實(shí)
際情況繪制出變壓器結(jié)構(gòu)圖附在認(rèn)證報(bào)告之中。
綜上所述，合理地選擇產(chǎn)品的關(guān)鍵安全件，準(zhǔn)備
好相關(guān)的認(rèn)證資料一方面能夠縮短產(chǎn)品的認(rèn)證周
期，降低認(rèn)證費(fèi)用；另一方面則能夠提高整機(jī)產(chǎn)品的
電氣安全性能。 衄
2p ll萬方數(shù)據(jù)譬6， 攀6艘一翠 皇篁 ! 參

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