汽车电子产品检测(第四讲).ppt

汽车电子产品检测与鉴定,任课教师：李正国,讲授时间：20112012学年第一学期,第四讲汽车电子产品安全性检测基本知识,Page3,1、所有用电设备的基本要求是什么？2、电子产品关键元部件通用安全要求是什么？3、电子设备安全设计的基本原则有哪些？4、可能产生电击的原因主要有哪些？5、防电击安全设计主要有哪些方法？6、防绝缘击穿设计措施中，不同类型的设备设计思路有哪些不同？,Page4,汽车电子产品检测与鉴定,一、电子产品安全设计的一般原则1.安全性能的总体要求A、设备在正常工作的条件下，不对使用人员以及周围环境造成安全危险；B、设备在单一故障的条件下，不对使用人员以及周围环境造成安全危险；C、设备在预期的各种环境应力条件下，不会由于受到外界影响而变得不安全。,Page5,汽车电子产品检测与鉴定,一、电子产品安全设计的一般原则2.安全设计的基本原则提问：现在对电子产品的安全性能提出了以上要求，应该从哪些方面注意电子产品的设计？,Page6,汽车电子产品检测与鉴定,一、电子产品安全设计的一般原则2.安全设计的基本原则防电击、防能量危险、防着火危险、防过高温、防机械危险、防辐射、防化学危险等a、防电击：也称防触电，这是对所有用电设备的最起码要求，任何电子产品必须具有足够的防触电措施；b、防能量危险：大电流源的输出短路或大电容器端子短路会形成大电流，甚至产生打火，冒出熔融的金属，引起着火燃烧。,Page7,汽车电子产品检测与鉴定,一、电子产品安全设计的一般原则2.安全设计的基本原则防电击、防能量危险、防着火危险、防过高温、防机械危险、防辐射、防化学危险等c、防着火危险：着火危险除了直接威胁使用者的人身安全之外，还直接威胁周围环境的安全，从而威胁更多人员和环境的安全。此外，着火燃烧的二次生成物还有巨大的影响：烟雾浓度影响着火现场人员的逃生；二次生成物的毒性直接危急现场人员的生命；二次生成物的腐蚀性威胁着现场人员及现场环境中的设备。美国的UL/CSA安全标准体系尤其关注防着火问题。,Page8,汽车电子产品检测与鉴定,一、电子产品安全设计的一般原则2.安全设计的基本原则防电击、防能量危险、防着火危险、防过高温、防机械危险、防辐射、防化学危险等d、防过高温：零部件或材料的过高温容易导致着火燃烧，此外，外露部件的过高温还有可能造成使用人员的烫伤、特别是导热性能良好的外露金属零部件更是如此。e、防机械危险：无意接触到运动部件有可能造成人身伤害。比如：接触到功率较大、转速较高、其叶片硬度超过一定值的风扇，就有可能造成严重的后果。对静止的部件或设备整体，也需要有防机械或物理伤人的措施。,Page9,汽车电子产品检测与鉴定,一、电子产品安全设计的一般原则2.安全设计的基本原则防电击、防能量危险、防着火危险、防过高温、防机械危险、防辐射、防化学危险等e、防机械危险：对静止的部件或设备整体，也需要有防机械或物理伤人的措施。例如：由于产品的重心过高，有可能翻到伤人。由于设计不周或加工不良，致使边、角太锐利而划伤使用人员。f、防辐射：对人体造成伤害的辐射包括：声频辐射、射频辐射、光辐射、电磁辐射等等。随着电子产品越来越多的进入千家万户，这些产品的使用者可能是孕妇或小孩，他们没有半点防护意识，设计人员应对此注意。,Page10,汽车电子产品检测与鉴定,一、电子产品安全设计的一般原则2.安全设计的基本原则防电击、防能量危险、防着火危险、防过高温、防机械危险、防辐射、防化学危险等e、防化学危险：接触到某些液态危险化学物质（酸、碱、汞等）或其蒸汽、气体化学物质或烟雾（如氯化氢气体、氯气等）会引起人身的伤害，当产品含有或产生这类其他时，要注意防护措施。,Page11,汽车电子产品检测与鉴定,二、防电击安全设计它是所有电子产品的最基本的要求。因此，通常要求设置两道防触电的防线：基本绝缘附加保护措施。当基本绝缘失效的时候，附加保护措施将起到防电击的作用，但是，需要注意的是：决不能因为采取了附加保护措施而降低了对基本绝缘的要求。,Page12,汽车电子产品检测与鉴定,二、防电击安全设计提问：通常产生电击的原因有哪些？,Page13,汽车电子产品检测与鉴定,二、防电击安全设计通常产生电击的原因有：触及带电器件、绝缘被击穿、接触电流过大或保护接地电阻偏大，大容量电容器放电以及TNV（通信网络电压）电路设计不当和电气设备中的绝缘配合设计不当。1、防止触及带电件正常情况下触及带电器件有两种情况：a、由于功能上需要，连接端子带电，而连接端子又没有防触及措施。b、外壳开孔（如散热孔等）设计不周，使用人员有可能触及机内带电的零部件。,Page14,汽车电子产品检测与鉴定,二、防电击安全设计1、防止触及带电件预防措施：a、降低输出到端子上的电压（这不是所有产品都能做到的）。b、设置保护盖，使在正常工作的条件下的带电端子不可触及。保护盖可以是带电件的罩，也可以是整机产品的外壳。保护罩必须有足够的机械强度，保护盖的接线开孔应能防止使用者触及带电端子，而且保护盖不可以仅用手就能打开。c、使用安全连锁装置，在出现接触带电端子的危险时切断危险电压。d、控制外壳开孔尺寸，以防止触及机内的带电零部件。一般而言，开孔直径小于2mm就可符合大多数标准的要求。e、为带电件设置合适的绝缘。GB4208-1993外壳防护等级（IP代码）（等同于IEC529：1989）规定，从防止人体接触外壳内部危险零部件和防止固体异物进入机壳内对设备造成有害影响的角度出发，分成七个等级。,Page15,汽车电子产品检测与鉴定,二、防电击安全设计2、防止危险带电件和可触及件之间的绝缘被击穿2.1绝缘要求产品内所有绝缘，无论是固体绝缘件还是符合一定要求的空气间隙和爬电距离，都必须能够承受产品在正常工作状态或单一故障条件下自己内部产生的相应部分的电压，除此之外，还必须能承受电网电源传输进来的或者从通信网路传入的瞬态冲击电压而不击穿、不飞弧。所为击穿,就是当绝缘承受的电压太高，而使得绝缘电阻无法再限制电流的增大，从而在施加电压的两个电极之间放电。,Page16,汽车电子产品检测与鉴定,二、防电击安全设计2、防止危险带电件和可触及件之间的绝缘被击穿2.1绝缘要求“击穿”的途径可能是穿过固体绝缘材料内部，也可能是沿着两个电极之间的绝缘体的表面（即所谓的“爬电”），也可能沿着两个电极之间最短的空间路径（即气体介质中的“飞弧”）。一般而言，击穿了一次之后（不管是发生在内部还是爬电现象），即使是完全恢复，其再次发生的可能性非常大。,Page17,汽车电子产品检测与鉴定,二、防电击安全设计2、防止危险带电件和可触及件之间的绝缘被击穿2.1绝缘要求绝缘材料的“击穿”形式一般有两种：热击穿和纯电击穿。电击穿就是绝缘材料电介质结构直接为电场力破坏而致，而热击穿则是由于绝缘材料的介质损耗导致电介质发热所致。在交流正弦电压作用下绝缘材料的介质损耗为：PU2*2*f*C*tg在直流电压的作用下绝缘材料的介质损耗为：PU2/R选择的绝缘材料应能适应正常工作条件下的发热状态，应能在相应的条件下承受相应的工作电压以及瞬态过压而不击穿。,Page18,汽车电子产品检测与鉴定,二、防电击安全设计2、防止危险带电件和可触及件之间的绝缘被击穿2.1绝缘要求由于”击穿“会再不同的路径上出现，因而对绝缘系统有结构上的相应要求：a、有足够的绝缘穿透距离，以防止透过绝缘材料内部击穿；b、有足够的空隙间隙，以防止沿着两个电极间最短的空气间隙发生放电；c、足够的爬电距离，以防止在相应的污染环境条件下沿着支撑两电极的绝缘材料表面发生爬电。,Page19,汽车电子产品检测与鉴定,二、防电击安全设计2、防止危险带电件和可触及件之间的绝缘被击穿2.2防绝缘击穿的设计措施2.2.1I类设备的措施此类设备防击穿的第一道防线为带电件的基本绝缘，第二道防线是安全接地措施。它的机理非常清楚：即使是基本绝缘失效，由于需要接地的可触及导电零部件和需要接地的其他零部件都接到安全接地端，从而消除了接触这些零部件而引起的触电危险。例如：马达定子绕组是危险的带电件，绕组与马达铁芯（连接到外壳）之间是基本绝缘的，金属外壳和其他可触及导电件均连接到安全接地端。,Page20,汽车电子产品检测与鉴定,二、防电击安全设计2、防止危险带电件和可触及件之间的绝缘被击穿2.1防绝缘击穿的设计措施2.2.2II类设备的措施此类设备防击穿的第一道防线为带电件的基本绝缘，第二道防线是附加绝缘。也就是危险带电件与可触及件之间采用加强绝缘或双重绝缘。,Page21,汽车电子产品检测与鉴定,二、防电击安全设计2、防止危险带电件和可触及件之间的绝缘被击穿2.1防绝缘击穿的设计措施2.2.3III类设备的措施此类设备采用安全特低电压（SELV）供电，并且SELV电路采用适当的方法与其他的电路隔离：a、用双重绝缘或加强绝缘将SELV电路与带危险电压的零部件隔离；b、用接地的导电屏蔽层将SELV电路与其他电路隔离；c、将SELV电路接地。安全特低电压电路是指做了适当的设计和保护的二次电路，使得正常工作条件下和单一故障条件下，它的电压值不会超过安全值。,Page22,汽车电子产品检测与鉴定,二、防电击安全设计3、防接触电流过大在II类设备中，如果危险带电件与可触及导电件之间的”泄漏电流“（接触电流）太大，或者I类设备中承载保护导体电流的保护接地连接失效，则可能造成电击。例如：在八十年代中后期，有一部分机型的彩色电视机，天线端子接触电流太大，触及天线时明显感到”麻手“。这主要原因是等效隔离电容器容量过大，导致天线端子接触电流超过标准限额值。隔离电容在冰箱、洗衣机等”白色家电“产品中使用不多，但在IT产品和音视频产品等”黑色“家电中较常出现。,Page23,汽车电子产品检测与鉴定,二、防电击安全设计3、防接触电流过大设计预防措施：把隔离电容容量降低，I类产品中可能要求承载故障条件下保护导体电流的保护接地连接要可靠（包括足够的截面积以防单一故障条件下保护导体电流熔断保护接地线，可靠的连接方法，可靠的接线端子等等）。当产品的EMC不符合要求的时候，更加要注意，千万不能只顾加大隔离电容容量以满足EMC，而忘记安全要求。,Page24,汽车电子产品检测与鉴定,二、防电击安全设计4、防大容量储能电容器放电当接在电源电路中的电容器容量达到一定量值，产品通电后此电容会充有较多电能而未能及时释放，当拔出电源插头而又不小心接触到这些零部件时，就有可能产生电击的危险。设计预防措施：降低电容器容量（比如降低到0.1uf）或者设置时间常数足够小的放电回路。实际上，常常在电容的两端并联适当的电阻，充当泄放电阻的作用。,Page25,汽车电子产品检测与鉴定,二、防电击安全设计5、对TNV（通讯网络电压）电路的安全设计由于通讯事业的发展，IT产品与音视频产品，包括多媒体产品，有很大一部分包含有通讯网络接口。这就牵涉到TNV电路的要求。所谓的TNV电路就是通讯网络电压电路。按照它们的电压来分，可以分为：TNV1电路：在正常工作条件下，其正常工作电压不超过SELV电路的限值；并且可能承受来自通信网络过电压的TNV电路。TNV2电路：在正常工作条件下，其正常工作电压超过SELV电路的限值；并且不承受来自通信网络过电压的TNV电路。TNV3电路：在正常工作条件下，其正常工作电压超过SELV电路的限值；并且在其电路上可能承受来自通信网络过电压的TNV电路。,Page26,汽车电子产品检测与鉴定,二、防电击安全设计5、对TNV（通讯网络电压）电路的安全设计在正常工作的条件下，TNV1电路电压不超过SELV电路电压的限值；TNV2与TNV3电路电压可以超过SELV电路电压限值，但不可以超过：Vac/70.7Vdc/1201,Page27,汽车电子产品检测与鉴定,二、防电击安全设计5、对TNV（通讯网络电压）电路的安全设计针对TNV电路的特点，设计师要注意：1、产品中的TNV电路应符合TNV电路对电压限制值的要求；2、产品中的TNV电路应不会危及通信网络使用人员；3、预定要连接到通信网络上的产品必须能承受通信网络的通信信号作用（包括TNV1电路和TNV3电路可能要承受瞬态过电压的影响。由此，TNV电路需要用下列方法隔离：1、用双重绝缘或加强绝缘与危险电压隔离；2、基本绝缘和连接到保护接地端的保护屏蔽层与危险电压隔离。,Page28,作业：,1、高温对电子产品的危害主要有哪些？2、热传递的三种方式是哪三种？3、散热的方法主要有哪几种？4、风冷式散热法的工作原理是怎样的？5、半导体致冷法具有的优势是什么？6、为什么不用金属铜来制造散热片？7、防火设计的基本考虑是怎样的？8、防机械危险主要从哪些方面考虑？9、电离辐射的防护措施是怎样的？,Page29,汽车电子产品检测与鉴定,三、防高温设计1、高温的危害两个（或多个）热力学系统处于同一热平衡状态时，他们必然具有某种共同的宏观性质，这种性质称为系统的温度，温度过高，有可能导致电子、电器设备绝缘性能的损坏或降级；有可能由于设备内部的温度过高而引起机械方面的不稳定性；当人体不经意碰到可触及高温部件时可能对人体造成灼伤，有可能引燃可燃的物体；有可能造成电子元器件性能的降低等。一般情况下，频率的提高（在稳定的前提下）对于电子元器件的寿命没有直接影响，但是随着频率的提高，却可能会产生更多的热量。,Page30,汽车电子产品检测与鉴定,三、防高温设计2、散热的基本原理热传递的三种方式是怎样的？各举例说明？,Page31,汽车电子产品检测与鉴定,三、防高温设计3、散热的方法电子产品常用的散热方法主要有风冷式散热、水冷散热、半导体散热、热管散热、风扇散热和利用散热片等几种方法,Page32,汽车电子产品检测与鉴定,三、防高温设计3.1、风冷式散热法1、组成2、优缺点3、工作原理,Page33,汽车电子产品检测与鉴定,三、防高温设计3.2、水冷式散热法1、组成2、优缺点3、工作原理,Page34,汽车电子产品检测与鉴定,三、防高温设计3.3、半导体制冷法1、组成2、优缺点3、工作原理,Page35,Page36,汽车电子产品检测与鉴定,三、防高温设计3.4、热管散热法1、组成2、优缺点3、工作原理,Page37,汽车电子产品检测与鉴定,三、防高温设计3.5、液氮散热法液氮散热法目前在国外比较新潮，那些“高手”喜欢用液氮这种危险的东西冷却发热元件，其效果是非常理想的。但不管怎样，零下一百多度的液态氮可不是好玩的，在使用的时候要十分小心。由于搬运、储存、使用时都有特殊的要求，所以这种方法目前在国内外的电子产品中都比较少用。,Page38,汽车电子产品检测与鉴定,三、防高温设计3.6、软件降温法降温软件的工作原理其实很简单，因为一般我们在使用文字处理软件或是上网时，只会占用到很少的CPU资源。而散热软件可以让CPU在没有工作或是工作比较清闲的时候，让CPU休息一会，这样一来CPU耗电最就会减少，相对的温度就会降低。但如果只依靠软件降温的方法是行不通的，毕竟它只能当作降温的辅助工具。因为当CPU在超频时，如果它正处于忙碌状态时，降温系统就帮不上忙。所以想超频还是得靠风扇或是水冷系统等硬件来帮忙，这样才能彻底解决CPU工作所产生的高温问题。,Page39,汽车电子产品检测与鉴定,三、防高温设计3.7、散热片散热散热片散热主要考虑的两种因素是什么？,Page40,汽车电子产品检测与鉴定,三、防高温设计3.7、散热片散热散热片散热为什么主要用铝合金制作？,Page41,汽车电子产品检测与鉴定,三、防高温设计3.8、风扇散热风扇散热的原理？风扇散热主要考虑的几个因素是什么？,Page42,汽车电子产品检测与鉴定,三、防高温设计3.8、风扇散热（1）风扇外形：（2）风扇大小：（3）叶片设计：（4）风扇高度：,Page43,汽车电子产品检测与鉴定,三、防高温设计4、常用的散热材料（1）散热片：（2）散热膏：（3）散热垫片：（4）双面胶：,Page44,汽车电子产品检测与鉴定,四、防火设计1、防火设计的基本考虑起火的三要素是什么？基于三要素的考虑,P