除了供电，电源还提供了致命电压和任何你能接触到的东西之间的屏障
作者：Jon Cooper，英国和爱尔兰技术经理Avnet Abacus
电源本身不应产生其他危险，包括火灾、烟雾、释放危险化学品、释放有害辐射、锐边和坠落/飞行物体造成人身伤害或热表面烧伤。在电源设计中，在产品投放市场之前，所有这些影响必须由认可的测试机构根据国际标准进行考虑和评估。例如，欧洲CE标志是以满足所有相关“指令”为条件的，制造商有责任确定应用哪种指令。表1摘自EN 62368-1，这是目前通用的电源安全标准，详细说明了各种危险及其影响。
 
表1：电源的潜在危险

 
产品必须对用户、操作人员和维护人员安全，但安全工程的范围更广，包括对环境和当地其他产品的“保护”。RoHS，危险物质限制立法就是一个很好的例子，目前有十种物质必须限制使用（不一定禁止），因为它们被确定为对环境和健康有害。RoHS是一项针对特定产品的“垂直”欧盟指令。这与WEEE（来自电气和电子设备的废物指令）密切相关，该指令控制产品在使用寿命结束时的处理方式。REACH：化学品的注册、评估、授权和限制具有平行效应，要求制造商控制其产品中使用的化学品。REACH是一项“横向”欧盟法规，控制生产过程中使用的化学物质在其整个生命周期内的相关风险。
在更广泛的层面上，通过限制电源的空载和备用损耗以及负载下的效率目标来保护环境。欧盟能源相关产品的“生态设计指令”设定了限制，美国能源部（DoE）也设定了严格的VI级要求。特定的产品领域有自己的自愿目标，例如服务器电源的80+认证计划。
电磁兼容性（EMC）是功率转换设备中的一个重要问题。传导和辐射发射必须符合标准，以避免对其他设备产生不必要的影响，相反，电源必须不受干扰。欧盟EMC指令适用。虽然这些只是对设备影响方面的安全问题，但EMC滤波器确实有电气安全方面的考虑——特别是接地泄漏电流，因此在设计产品安全时，必须采取整体方法。
 
标准及其治理
在电源设计中可能会应用数百种安全、EMC和材料标准，这些标准可能因最终应用和地理市场而异。虽然一些国家制定了自己的法规，但这些法规大多源自国际电工委员会（IEC），并在当地进行了修改和采用。例如，在欧洲，IEC标准作为EN（欧洲规范）文件“协调”成为法律。通常，数字名称保持不变，因此，例如，IEC 62368-1变为EN 62368-1。即使在欧盟内部，成员国也可能有自己与EN标准的偏差，因此IEC实施“CB安规验证”，该计划允许任何成员国接受经认证实验室的测试报告，且只需最少的额外测试和验证。图1显示了IEC 62368-1主要标准组织的层次结构和应用的认证标志。
 

图1：电气设备的主要标准组织
 
安全术语
电气设备分为三大类。I类具有保护性接地连接（PE），可确保在发生故障时，可触及导电部件带电，危险电流将流向接地，而不是流向用户，熔断保险丝。II类设备没有PE，但由绝缘屏障提供保护，以抵抗任何最小厚度和坚固性的危险电压，因此没有可触及的导电部分。III类设备由一个单独的超低电压供电，该电压被认为本质上是安全的，不会触电。实际上，有一种0级产品被认定为具有可触及导电部件且不含PE的产品，这通常是不允许的，因为它本质上是不安全的。
主要标准使用的术语有时会令人困惑，下面列出了一些常见术语：
•初级：直接连接到输入AC电源的电路
•次级：与初级无直接连接的电路（例如，通过变压器隔离或由电池供电）
•危险电压（HV）：超过42.5 Vac pk或60 Vdc的电压（例如AC电源）
•低压（LV）：电压不超过42.5 Vac峰值或60 Vdc
•超低电压（ELV）：一种低压电压，通过某种绝缘（保护）与高压分开
•安全超低电压（SELV）：即使在高压故障条件下（如L或N或E开路），电压为ELV的次级电路
•危险能级：在2 Vac电压或更高电压下，储存能量为20焦耳或更大，或大于240 VA
•保护接地（PE）：安全接地
通过绝缘或物理隔离实现电击防护。对于绝缘，指导原则是必须始终存在两种保护措施，以提供足够的安全信心。一项措施本身被称为基本保护，因此要实现两项措施，必须增加一个独立的补充级别。AC-DC电源中的一个例子是，从危险电压到基本水平的可触及金属制品的最小距离，再加上金属制品的安全接地作为补充保护，因此，如果基本绝缘失效，保险丝就会熔断。这两种保护措施统称为双重绝缘。与双层绝缘一样不太可能失效的单层绝缘或宽间隔也被称为加强绝缘。用户还将看到术语操作或功能隔离，这些术语与使电路正常工作但不提供任何保证安全屏障的绝缘或间距有关。
在医疗产品中，术语是不同的；参考了保护措施（MOP），一个MOP相当于基本隔离，两个MOP相当于双重或加强型。MOP分为操作员和患者保护措施（MOOP和MOPP），对隔离距离有不同要求。图2是医疗领域最严格用例的一个示例，具有所需的保护措施。这是用于患者保护、带有未指定信号连接的心脏起搏（CF）I类设备。
 

 
图2：所需医疗保护措施示例
 
选择电源时，必须注意，只有在特定条件下才能实现保护措施。例如，最大系统电压、最大运行高度、指定的环境污染程度和系统过电压类别。如果产品超出这些限制，其安全认证无效。
 
测试以确保安全
电源在认证实验室进行“型式试验”，以获得安全认证资格。这些测试是在代表最终设计和生产过程的样品上进行的，因此是及时的“快照”，但由相关安全机构定期进行工厂检查作为支持。零件在生产过程中的各个点都经过100%的安全测试。通常，对隔离变压器进行单独测试，然后对成品进行介电强度（图3）和接地连接测试。同样，这些都是一次性测试，以显示产品在其使用寿命内可能的安全性。用户应在应用中进行定期安全测试，但应降低应力水平，因为持续不必要的测试实际上可能会降低绝缘系统的性能。
 

 
图3：Advanced Energy提供的典型自动化生产介电强度测试安排
 
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