音頻功放產品的安規測試和認證

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音頻功放產品的安規測試和認證

隨著音樂會、演唱會日益增多，音頻功放產品也層出不窮。生產符合國家安規標準要求的音頻功放產品成為廣大電源適配器制造廠商共同關心的事情。根據近幾年安規測試、認證過程中經常遇到的問題，結合GB8898-20011深入解讀，探討相應的解決方法。

1　常見問題和解決辦法
1.1　溫升測試和發熱

音頻功放設備在正常工作條件和異常工作條件下需要滿足標準中的溫升測試要求，相應溫度限制要求在標準中有詳細的闡述，本文只討論溫升測試的注意事項和解決方法。目前大多數音頻功放設備的電源適配器電源板、功放板、信號板都做成一塊，整板上的發熱源較多，如整流管、開關變壓器、環形變壓器、起功率放大作用的三極管和場效應管、快恢復二極管、磁性元件、水泥電阻、電解電容等，其周邊溫度通常會高于其他元件的周邊溫度，將這些元件附近做為溫升考核對象。由于無法在環形變壓器的繞組上布熱電偶，所以采用四線法或者微歐姆計，通過測量繞組的冷態電阻和熱態電阻來計算繞組的溫升。由于音頻功放的額定功耗在1000W到2000W之間，所以必須解決好散熱問題。對于元器件的選擇，建議采用高品質的元件來減少無功損耗和發熱。

將發熱量極大的功放三極管和場效應管固定在一塊大的散熱片上，并涂抹用于導散熱的硅膠；其他發熱量大的元器件也要固定在小的散熱片上。由于散熱片的散熱效果與散熱片選材、結構、安裝方式、接觸面積、接觸粗糙度、散熱通道、散熱片表面溫度、導熱材料特性等因素有關，因此建議現根據本機結構，結合預計使用條件，建立等效的熱傳遞模型，優化選材方案，建立合理的元器件布局。關于元器件布局，建議印刷電路板采用水平方式放置，使氣流有效地流過元器件表面；發熱量大的元器件放在印制板上方，發熱量小的元器件放在印制板下方；在大的散熱片兩側安裝風扇，及時揮發散熱片上的熱量；外殼的兩側開對流散熱孔，合理安排內部引線布局，盡量減小對內部氣體對流效果的影響。

1.2　防觸電結構
目前，部分音頻功放產品由于結構、選材等方面的限制，機器內部危險帶電部件與可觸及導電零部件之間的絕緣不滿足標準要求，主要表現為以下三種情況：
情況一：次級導線從初級危險帶電零部件表面穿過，容易導致危險帶電零部件與可觸及導電零部件相連的次級導體之間的絕緣不滿足標準要求。
標準解讀：對于一類設備，若次級導線與保護接地導電連接，則初級危險帶電點零部件與該次級導線間的絕緣只要滿足相應的基本絕緣抗電強度和絕緣阻抗要求即可；若次級導線與保護接地沒有導電連接，則危險帶電零部件與該次級導線間的絕緣需要滿足加強絕緣或雙重絕緣關于厚度、絕緣阻抗和抗電強度等相關要求。
對于二類設備，危險帶電零部件與次級導線間的絕緣要滿足加強絕緣或者雙重絕緣關于厚度、絕緣阻抗和抗電強度等相關要求。
解決辦法：在產品設計上，要避免次級導線從初級危險帶電部件表面穿過；若結構不允許，對于有基本絕緣要求的次級導線要求它的絕緣能夠承受相應的抗電強度和絕緣阻抗測試；對于有雙重絕緣或者加強絕緣要求的次級導線要求它的絕緣能夠承受相應的抗電強度和絕緣阻抗測試，并滿足絕緣的厚度要求。由于該導線絕緣的損傷會引起標準意義上的危險，因此，必須將該導線進行固定，當施加2N的力時，導線不會受到諸如尖銳邊緣、運動零部件的磨損和擠壓，也不會使其觸碰到溫度超過標準對該種導線絕緣允許溫度的零部件。
情況二：電源適配器電源板背面危險帶電零部件的引腳和與可觸及零部件導電連接的金屬外殼距離太近，導致危險帶電零部件與可觸及導電零部件之間的絕緣不能滿足標準的要求。
標準解讀：危險帶電零部件和與可觸及零部件導電連接的金屬外殼之間應該進行有效隔離，對于一類結構，應該滿足基本絕緣要求；對于二類結構，需要滿足加強絕緣或雙重絕緣要求。每種絕緣應各自承受相應的抗電強度和絕緣阻抗測試，并且滿足相應的絕緣厚度以及防火要求。結構設計應該使元器件引腳不能對絕緣進行磨損和擠壓。
解決辦法：在危險帶電部件和金屬外殼之間加絕緣墊片或者增加它們之間的距離。絕緣墊片需要滿足以下要求：絕緣墊片需要將危險帶電部件完全覆蓋住，并且能夠滿足相應的電氣強度、絕緣阻抗、絕緣厚度和防火的要求。如果增加它們之間的距離，那么最短距離需要滿足加強絕緣的爬電距離和電氣間隙。建議完善生產流程，控制元器件引腳長度，防止帶電部件進入上述區域內。
情況三：設備外殼側面開孔尺寸過大，導致電氣間隙和爬電距離不合格以及異物通過開孔進入設備內部。
標準解讀：設備外殼的設計應該使得用金屬試驗針或者標準試驗指插入設備外殼側面開孔，不能觸及到危險帶電部件以及異物無法通過開孔進入設備內部。
解決辦法：外殼側面開孔尺寸控制在4mm范圍內，確保在用試驗指進行相關插入試驗后不能觸碰到危險帶電部件，開孔形狀設計成百葉窗等形式確保異物無法通過開孔進入設備內部。

1.3　接觸電流和斷電插頭放電量
接觸電流指當人體接觸設備的一個或一個以上可觸及零部件時通過人體的電流。為了確定端子的零部件或接觸件是否危險帶電，接觸電流在任意一個零部件或接觸件與試驗時所用的電源適配器的任意一級之間進行測量。使用GB8898的附錄D規定的測量網絡測量接觸電流，對于交流如果U1＞35V(峰值)以及U2＞0.35V(峰值)或者對于直流U1＞1V，就認為端子的零部件或接觸件是危險帶電的。大量試驗表明，在隔離元件中，通過跨接在初次級間的Y電容的漏電流對整機的接觸電流貢獻很大。電容量越大，電壓越高，接觸電流也就越大。
因此，在解決電磁兼容共模干擾問題的同時，有效減少電容中的漏電流，將整機接觸電流控制在標準限值范圍內，是工程師們設計的重點。
對預定要用電源適配器插頭與電網電源連接的設備，其設計應當確保在插頭從電源插座拔出2s后，當接觸插頭的插腳或插銷時，不得因電容器存儲的電荷而產生電擊危險。插頭放電實際上是考核跨接在火線和零線之間的X電容的放電能力。X電容兩端的電壓為
Uc=U0×e-
t/rc
式中：Uc為X電容兩端的電壓，t為放電時間，r為放電電阻阻值，C為X電容容量，U0為初始時刻X電容兩端的電壓，等于電網電源適配器電壓。
從方程中可以看出，提高放電電阻阻值以及X電容容量可以加快X電容放電。由于電磁兼容差模干擾測試對X電容的電容量有要求，不能盲目減少X電容的電容量，因此，工程師設計的時候，需要在解決電磁兼容差模干擾、減少元件使用成本等問題基礎上合理地減小放電電阻阻值。

1.4　電氣間隙和爬電距離
電氣間隙的尺寸應當確保進入設備的瞬態過電壓和設備內部產生的峰值電壓不會擊穿該電氣間隙；爬電距離的尺寸應該確保在給定的工作電壓和污染等級下不會出現絕緣閃絡或擊穿，它們是安規認證中最重要的的項目之一。
電源適配器電源板中零線和火線之間的最短距離要滿足基本絕緣的要求，保險絲兩個引腳之間的最短距離要滿足基本絕緣的要求，初級電路和次級電路之間的距離要滿足加強絕緣的要求，并且需要選用滿足雙重絕緣或者加強絕緣要求的元件（比如Y電容、變壓器、光耦）進行隔離。對于一類設備而言，危險帶電部件與接地金屬外殼、螺釘、端子等可接觸零部件之間的距離要滿足基本絕緣要求，與未接地的金屬外殼、螺釘、端子等可接觸零部件之間的距離要滿足加強絕緣要求。對于二類設備而言，危險帶電部件與金屬外殼、螺釘、端子等可接觸零部件之間的距離要滿足基本絕緣要求。對變壓器進行結構檢查，初級線圈與鐵芯之間的距離要滿足基本絕緣要求，次級線圈與鐵芯之間的距離要滿足附加絕緣要求，初級線圈與次級線圈之間的距離要滿足加強絕緣要求。

1.5　防火
設備的設計應當盡可能做到防止著火和火焰的蔓延，并且不得對設備的周圍引起著火的危險。
建議采取下列措施來實現：
1）在設備的設計上和生產上采用良好的技術措施，以避免產生潛在引燃源；
2）與潛在引燃源臨近的內部零部件使用低可燃性的材料；
3）采用防火防護外殼限制火焰蔓延。距潛在引燃源的距離和相應的可燃性等級見表。

表1　距潛在引燃源的距離和相應的可燃性等級
2　結語
隨著音頻功放產品在我國的普及，接觸音頻功放設備的用戶也越來越多，產品的安全性能顯得尤為重要。本文結合標準對音頻功放設備的安規測試和認證中遇到的問題進行了深入剖析，提出了解決問題的辦法，希望制造廠商在提高產品性能、打造自身品牌的同時，特別要重視影響到千萬用戶生命安全的質量問題。

電源適配器