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開關電源中的安全件與安全試驗

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驗室工程師		點擊數：	更新時間： 2021年05月07日
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開關電源中的安全件與安全試驗
張雁工業(yè)和信息化部電信傳輸研究院泰爾實驗室工程師
摘要：本文介紹了開關電源的基本原理，以及開
關電源中與安全有關的元器件及其安全試驗的
方法。
關鍵詞：開關電源，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
開關電源原理介紹
交流電壓變換成通信設備所需要的各種數量等級
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
信設備，其電源的基本組成結構和形式都是一樣的，均
是采用開關電源系統(tǒng)。開關電源系統(tǒng)主要由交流輸入、
交流配電、開關電源整流器、直流配電、蓄電池和監(jiān)控
單元等組成。如圖1所示。開關電源主要具有以下特
點。
· 體積小、重量輕
· 高效節(jié)能
· 動態(tài)響應快、控制性能好
· 電路保護動作快
由于具有比整流式電源更多的優(yōu)點，因此開關電
源在各類通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。
下面簡單介紹開關電源的工作原理，市電經過電
網濾波器濾去噪聲后(電網濾波器也能將開關電源產
生的噪聲濾掉，能夠使電網不受其干擾)，經過整流器
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，變換出負載所需要的直流
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1 市電
圖1 典型的開關電源框圖
電壓，脈沖調制電路從負載 實行取樣監(jiān)測，當負載
卜的電壓發(fā)生變化時，脈沖調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，這個過程就是
一個帶有負反饋的自動控制環(huán)路，通過它的控制能
夠保持負載上的電壓穩(wěn)定。
2 開關電源中與安全有關的元器
件及其安全試驗
在GB4943—2001中對元器件的要求是：“在涉
及安全的情況下，元器件應符合本標準的要求，或者
符合有關元器件的國家、行業(yè)標準或IEC標準中與
安全有關的要求。”明確要求元器件應按規(guī)定的額定
值使用。由此可以看出，電信終端產品的電氣安全性
能除了要求產品的整機的電路、結構設計、材料選擇
應符合相關標準的要求外，同時還要求與產品安全
有關的元器件和材料也應符合相關的標準。
一般情況下，根據開關電源的實際使用情況，開
關電源中與安全有關的安全件分為以下幾個部分。
2．1過壓保護部分
過壓保護通常是為了預防電網中產生的過高的
電壓脈沖對開關電源及其負載電路造成的破壞。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制性認證，但是需要在安全件
清單中列出。
2．2 過流保護部分
過流保護是為了防止由于開關電源或者其負載
電路的異常短路產生的過大的電流對電網及人身的
沖擊而采取的措施。一般是由限流電阻，熔斷器等組
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成，其中熔斷器是需要單獨認證的元
器件，熔斷器可以依據許多標準進行
認證，在通信終端設備中通常使用的
是小型管狀熔斷器，因此，認證時應
提供符合標準GB9364一l 997的CCC
認證證書，如果申請人不能提供，則
需要提供48個熔斷器樣品F}1實驗室按照
GB9364—1 997單獨進行元件試驗。
安全標準要求：熔斷器的產品標識應清晰、準
確，其元件位號、額定電流等相關信息應標注于熔斷
器周邊不可單獨移動的部件上。在產晶使用說明書
中應有類似于“維修更換時，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
電源開關是設備的重要斷接裝置之一，電源開
關是要直接承載危險電壓的，應準確標出該開關的
“通”和“斷”位置，對于電源開關需要申請人提供符
合標準(GBl5092．1)的CCC認證證書，如果不能提
供則需要申請人提供電源開關樣品3只，由實驗室
單獨做元件試驗。
另外電源線插頭、器具耦合器等也可以做為設
備的斷接裝置。電源線組件與設備的連接，無論是采
用可拆卸的形式，還是固定連接的方式，均應提供相
應CCC認證證書，且應按照電源插頭(依據標準
GB2099．1—1996、GB1002—1996)、電源線纜(依據標
準GB5023．5—1997)和電源連接器(依據標準
GB17465．1—1998)三部分分別提供。如果設備是使
用電源插頭做為斷接裝置，則應在安裝說明書中的
顯著位置標注。
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地之間的電
容器。
X電容、Y電容的作用主要是濾除經過整流之
萬方數據
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后的電壓：[頻紋波，當開關穩(wěn)壓電流直接連接
220 Vae，50 Hz的交流電時，經整流濾波后形成
l00 Hz的脈動直流，其脈動成分經穩(wěn)壓調節(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致電源體
積和重量加大，因此應統(tǒng)籌考慮。
x、Y電容是直接連接在電源的一次電路中，其
兩端存在危險電壓，因此它們屬于直接影響產品安
全性的關鍵元件，必須單獨試驗，要求各送樣品45
個，試驗依據的標準是GB／T14472。
2．5 電源變壓器
變壓器是開關電源的重要部件，它主要有兩個
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，變壓器的設計原則上必
須滿足產品標準規(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。
具體設計時要充分考慮轉換功率能量、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
逆變電路的工作頻率，充分考慮饒線的形狀和集膚
效應，合理地設計變壓器饒線的截面積和適當的銅
耗。
為完成開關電源的安全試驗，應要求送樣人單
獨提供4個變壓器樣品，其中應有一個是未封裝的。
(1)變壓器絕緣試驗
在GB4943—2001的附錄C中對變壓器的絕緣
有如下要求：
· 變壓器的繞組和導電零部件應作為被連接的
電路零部件。它們之間的絕緣應按照設備中絕緣的
應用(見GB4943—2001中2．9．5)符合GB4943—2001
中2．10的有關要求并通過GB4943—2001中5．2．2
的有關試驗。
· 如果變壓器裝有用做保護目的的接地屏蔽
層，則其接地屏蔽層與其它接線端子之間應進行
GB4943—2001中2．6．3．3有關接地連接電阻的試驗。
按照標準表述的要求，做為開關電源中重要的電氣
絕緣器件，變壓器的初級線圈 次級線網之間應能
夠滿足加強絕緣的要求，即在初級線圈 次級線圈
之間應能承受電壓值為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
之間也應滿足相應的絕緣要求。
(2)變壓器過載試驗
開關電源在其相應設備的最大負載(或選擇相
當于設備載荷的模擬負載)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
據，試驗時試驗電壓應選擇其額定電壓加上10％的
偏差做為其試驗電壓，工作頻率應選擇額定頻率的
最大值。例如：某設備的額定值為：220 Vae，50／60 Hz，
2．0A，其試驗電壓應選擇242 Vae，60 Hz。按照標準的要
求，溫升試驗時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。一般情況下，當變壓器的內阻
與其負載匹配時負載為最大。
變壓器繞組的溫升限值應符合表1的允許溫度
限值的要求。
(3)變壓器結構圖
表1 變壓器繞組的允許溫度限值
最高溫度(cc)
保護方法 A級 E級 B級 F級 H級
有固有阻抗或外部阻抗進 150 165 1 75 190 210
行保護
有保護裝置進行保護，在第 200 21 5 225 240 260
1 h內起保護作用
由任何保護裝置進行保護： l 75 190 200 215 235
在第l h后，最大值
在第2 h內以及在第72 h 15O 165 1 75 190 21O
內，算數平均值
認證時在完成上述試驗后，還應逐層拆開變壓
器的鐵芯和線圈，數清各繞組的線圈圈數，并根據實
際情況繪制出變壓器結構圖附在認證報告之中。
綜上所述，合理地選擇產品的關鍵安全件，準備
好相關的認證資料一方面能夠縮短產品的認證周
期，降低認證費用；另一方面則能夠提高整機產品的
電氣安全性能。 衄
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