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一 電擊危險:
電流流過人體(ti) 會(hui) 引起人體(ti) 的生理反應,反應的強烈程度取決(jue) 於(yu) 電流的大小、持續時間、通過人體(ti) 的路徑等。一般隻需要0.5mA的電流,就能對健康的人體(ti) 產(chan) 生影響,並且可能造成間接性危害。更大的電流可能會(hui) 對人體(ti) 造成直接傷(shang) 害,如燒傷(shang) 或心室的纖維性顫動。
一般而言,在幹燥的情況下,小於(yu) 40V峰值或60V直流的電壓,通常可視為(wei) 沒有危險性的電壓。但是,對使用時必須觸碰的或者是需要用手操作的裸露零件等都應該接到保護地或者是將其妥善地處理。
為(wei) 了防止人體(ti) (操作人員或者維修人員)受到電擊,需要在開關(guan) 電源設計中,遵守相關(guan) 行業(ye) 安規設計標準,如IEC60950,國標G4943等;在這些標準中,對開關(guan) 電源的不同位置的做了絕緣要求,來保證操作人員的安全。
二 絕緣類別
功能絕緣(Functional Insulation):功能絕緣的目的,隻在維持產(chan) 品能夠正常操作,並不具備任何安全上的功能。此類絕緣通常使用於(yu) 同一線路中的兩(liang) 導體(ti) 之間,即沒有安全隔離要求的部分。例如PWB上的綠油,電解電容的塑膠外殼都是功能絕緣。
基本絕緣(Basic Insulation):基本絕緣的目的在於(yu) 為(wei) 防電擊提供一個(ge) 基本的保護,以避免觸電的危險,不過此類絕緣隻能保證正常狀態下的安全,卻無法保障有瞬變電壓出現時安全,換言之,當瞬變電壓發生時,基本絕緣便會(hui) 有崩潰的可能。
補充絕緣(Supplementary Insulation):在基本絕緣以外,再附加的絕緣,目的是當基本絕緣失效時,提供另一層的絕緣功能。一般來說,對補充絕緣的要求和基本絕緣是一樣的,因此兩(liang) 者之間的角色是可以互換的。例如一條電纜有兩(liang) 層的絕緣,我們(men) 可以說內(nei) 層是基本絕緣,外層是補充絕緣,而反過來說也是可以的。
我們(men) 必須留意一點,那就是補充絕緣必定是於(yu) 基本絕緣存在的情形下才成立的。
雙重絕緣(Double Insulation):這是指包含基本絕緣和補充絕緣兩(liang) 者的絕緣。隻要使用的場所正確,這種絕緣可以提供足夠的安全保護,不會(hui) 有觸電的危險。
加強絕緣(Reinforce Insulation):其提供的絕緣程度同於(yu) 雙重絕緣,但和雙重絕緣不同之處在於(yu) ,其不易被劃分為(wei) 基本絕緣和補充絕緣兩(liang) 部分,它可能是個(ge) 一體(ti) 成形的隔離物,或是由許多隔離物構成的絕緣。
三 電氣間隙與(yu) 爬電距離
電氣間隙:是指兩(liang) 個(ge) 導電零部件之間或導電零部件與(yu) 設備界麵之間測得的最短空間距離。此距離的量測並不限製采用何種途徑。例如某產(chan) 品使用絕緣材料當外殼,此外殼的開孔或縫隙處都應當成導體(ti) 考慮,就如有層鋁箔鋪於(yu) 其上,依然須和內(nei) 部的危險部件保持一定的距離,因為(wei) 這些地方都是易於(yu) 被使用者觸及的地方。
爬電距離:是指沿絕緣表麵測得的兩(liang) 人個(ge) 導電零部件之間或導電零部件與(yu) 設備防護界麵之間的最短距離。一般而言,如果不是汙染等級為(wei) 1,爬電距離通常要大於(yu) 電氣間隙。
電氣間隙與(yu) 爬電距離與(yu) 工作電壓、汙染等級、海拔高度、絕緣材料等有關(guan) 。PCB上的實際設計電氣間隙與(yu) 爬電距離的要求,需要根據絕緣等級要求、工作電壓、汙染等級、海拔高度、絕緣材料等具體(ti) 細節,按標準要求進行查表計算。
海拔高度:根據巴斯成定律,一個(ge) 和諧電場的崩潰電壓與(yu) 氣壓和兩(liang) 極間的距離之乘積成正比的,當兩(liang) 極間的距離一定時,氣壓越小,崩潰電壓也就越低。而氣壓又與(yu) 海拔高度成反比,因此海拔高度是影響空間距離的重要因素之一。
一般安全標準都將產(chan) 品的最高海拔高度設為(wei) 2000M,超過2000M就需要考慮一個(ge) 修正因素,見下表:
汙染等級:若兩(liang) 導體(ti) 間的空間有了汙染物,也同樣會(hui) 影響絕緣程度。一般標準將汙染劃分為(wei) 四個(ge) 等級:
汙染等級1: 沒有汙染物或隻有幹燥且非導電性的汙染物出現。可以用封閉外殼,或將電路板的表麵塗覆,便能符合此一程度的汙染
汙染等級2:是指偶有導電性汙染物出現的汙染,例如水蒸氣的冷凝。一般僅(jin) 有非導電性汙染,但必須考慮到偶然的由於(yu) 凝露造成的短暫導電性汙染。
汙染等級3:有導電性汙染,或由於(yu) 預期的凝露使非導電性汙染變為(wei) 導電性的。
汙染等級4:造成持久性的導電性汙染,例如由於(yu) 導電塵埃或雨雪所造成的汙染。除非有關(guan) 產(chan) 品標準另有規定,工業(ye) 用電器一般選取用於(yu) 汙染等級3級的環境,家用和類似用途的電器一般選取汙染等級為(wei) 2級的環境。
如對於(yu) 一次電路及一次電路與(yu) 二次電路之間的電氣間隙要求,IEC60950-2001是這樣規定的。
四 範例
下圖是一個(ge) 典型的AC-DC的開關(guan) 電源關(guan) 鍵部件結構示意圖,主要包括交流輸入部分、整流後的高壓直流部分、DCDC變換部分、人體(ti) 操作可能接觸到的副邊電路、保護地等。下麵以此圖為(wei) 例簡單介紹開關(guan) 電源實際設計中,不同零部件之間電氣間隙與(yu) 爬電距離的計算。
對於(yu) 電路中各位置對大地,即交流輸入LN對地,整流後高壓直流對大地,原邊地對大地,副邊對大地等,全部需要采用基本絕緣;對於(yu) 一次DC-DC線路內(nei) 部器件,由於(yu) 不存在電擊風險,隻需要采用功能絕緣,保證電路正常工作,降低擊穿、打火風險;而對於(yu) 一次電路對二次電路,如圖中BC對E,必須要采用加強絕緣,防止人員在接觸到二次電路時,具有危險性的一次電路造成電擊。
查表得,示意圖中不同位置的零部件之間電氣間隙與(yu) 安全距離的最小要求如下表所示。