GB 4943限流电路的测试

,GB4943-2001中的限流电路,国家标准GB4943-2001信息技术设备的安全提出了限流电路的概念。在GB4943-2001中，限流电路被定义为：“作了适当的设计和保护的电路，使得在正常工作条件下和单一故障条件下，能从该电路流出的电流是非危险电流。”（1.2.8.7限流电路）限流电路是一种与防电击安全性能密切相关的电路类型。限流电路具有可靠的防电击性能，标准认为人体接触限流电路不会产生电击危险。,限流电路的定义,电击的概念（0.2.1电击）,电击是由于电流通过人体而造成的，其引起的生理反应取决于电流值的大小和持续时间及其通过人体的路径。电流值取决于施加的电压以及电源的阻抗和人体的阻抗。人体的阻抗依次取决于接触区域的湿度及施加的电压和频率。大约0.5mA的电流就能在健康的人体内产生反应，而且这种不知不觉的反应可能会导致间接的危害。电流再大些，就会产生直接的影响，例如烧伤或心室的纤维性颤动。所以人体是否受到电击危险，判断依据就是人体中流过的电流。,限流电路的要求,GB4943-2001规定限流电路必须满足三个方面的要求：一、电路电流（2.4.2限值）二、绝缘（2.2SELV电路）三、电容量（2.4.2限值）,一、电路电流,限流电路的电路电流是指人体接触设备电路零部件后流过人体的电流。电路电流的限值规定为：频率不超过1kHz时，在限流电路中的任何两个零部件之间或任何这样的零部件与地之间接一个200010%的无感电阻器，流过该电阻器的稳态电流不应超过0.7mA峰值或2mA直流值。频率高于1kHz时，则该0.7mA的限值应乘以kHz为单位的频率值，但不应超过70mA交流峰值。,一、电路电流,限流电路的电路电流测量部位，是模拟实际条件下人体接触设备电路的各种可能的接触方式。测量零部件与零部件之间的电流对应人“手-手”接触设备的方式，即人一手接触设备某一零部件，另一只手同时接触其他零部件，这时两个零部件之间的电压就施加在人体产生人体电流；测量零部件与地之间的电流对应人“手-脚”接触设备的方式，即人一手接触设备零部件，脚站在大地上，这时零部件与地之间的电压施加在人体上产生人体电流。2000无感电阻器是人体模拟电阻。,二、绝缘,这个绝缘是特指在危险电压电路与可触及电路之间起安全隔离作用的绝缘。在长期的电应力条件下，绝缘材料也可能出现绝缘性能劣变或击穿失效，绝缘一旦击穿，可触及电路就会带危险电压，人体接触可触及电路就会产生危险人体电流。因此对绝缘提出要求，本质上是为了保证满足安全人体电流的要求。标准规定危险电压电路与可触及电路之间的绝缘结构要满足基本绝缘+附加保护的原则，具体的形式有：基本绝缘+附加绝缘；基本绝缘+保护接地；加强绝缘。,三、电容量,电容量的要求是为了限制电容器放电对人体产生电击危险。对于稳态电压产生的稳态人体电流，限流电路通过2000电阻器测量电流来评价其防电击性能。由于电容器放电过程具有瞬态特性，限流电路根据电容器的储存电荷量或者储存能量来判断对人体是否具有电击危险。,三、电容量,GB4943-2001评价电容器放电产生的电击危险是采用电容器的电容量作为判定依据，电容量的规定为：电压U不超过450V交流峰值或直流值的零部件，其电路的电容量不应超过0.1F。电压U超过0.45kV交流峰值或直流值，但不超过15kV交流峰值或直流值的零部件，其电路的电容量不应超过45/UnF，其中U的单位为kV。电压U超过15kV交流峰值或直流值的零部件，其电路的电容量不应超过700/U2nF，其中U的单位为kV。,三、电容量,电容器电容量与储存电荷量及储存能量的关系可以通过公式计算：当电压为450V、电容量为0.1F时，电容器的储存电荷量QCU45C，因此电路的电容量不超过0.1F时，电容器的储存电荷量不超过45C；当电压为15kV、电容量为45/UnF时，电容器的储存电荷量QCU45C，因此电路的电容量不超过45/UnF时，电容器的储存电荷量不超过45C；当电压U超过15kV、电容量为700/U2nF时，电容器的储存能量E0.5CU2350mJ，因此电路的电容量不超过700/U2nF时，电容器的储存能量不超过350mJ。根据计算可知，当电压不超过15kV时，电容器的储存电荷量被限制在45C；当电压大于15kV时，电容器的储存能量被限制在350mJ。所以限制电容器的电容量本质上是对电容器储存电荷量或储存能量的限制。,限流电路考核的基本问题：,一限流电路的适用条件二设备防电击考核的测试部位,一限流电路的适用条件,SELV电路和限流电路是GB4943-2001中两个主要的安全可触及电路的考核方法，这两种考核方法都有其适用的条件，明确限流电路适用的条件是正确进行限流电路考核的基础。只有当电路电压超过42.4V交流峰值或60V直流值时才适用限流电路考核方法，否则应使用SELV电路的考核方法。在一个设备电路中，各个部位会呈现不同的电压；同一部位的电压值也会随着工作状态的变化而改变（如：正常工作状态，各种单一故障状态），如果不注意电压值的变化，错误地将限流电路考核方法应用到安全电压电路，那将会产生错误的测试数据。,二设备防电击考核的测试部位,在对设备进行防电击考核时，测试部位只能是设备的可触及零部件。电子设备一般都存在能够导致人体产生电击危险的危险电压零部件，只要这些危险电压零部件能够被防护外壳可靠保护，限制其可触及性。考核一个设备的防电击性能，是考核人体接触设备的可触及件后在人体中产生的电流是否超过安全限值，因此测量部位只能是设备的可触及件，而不能将经过设备外壳可靠防护的、人体触及不到的内部零部件作为测试点。,设备的可触及件可根据下列方法来确定：,1通过GB4943-2001规定的试验指、试验针、试验探头对设备进行检查，凡能被这些试验工具接触到的零部件都属于可触及件。2设备的某些连接端子，虽然上述安全试验工具触及不到，但经过技术判断合理推断可触及条件成立，也应视为可触及件。如不可触及的端子经连接到其他设备后与其他设备的可触及电路相连，则应视为可触及件。3未被防护外壳可靠防护的零部件应视为可触及件。如：经过机械强度试验后外壳损伤后暴露的内部零部件应视为可触及件；按照标准规定免除进行机械防护试验的部件，依靠其进行防护的内部电路要视为可触及件，典型的如液晶显示器，按照标准4.2.5免于进行显示屏表面的机械防护试验，就要假设液晶显示屏的防护是不可靠的，显示屏内部的逆变器输出高压部件要视为可触及件。,下面解读标准中的一个条款来进一步探讨限流电路的分析和测试的要点：,条款第1.5.7.3条“可触及零部件”中规定：“如果可触及的导电零部件或电路与其他零部件是通过双重绝缘或加强绝缘来隔离的，而这些绝缘上又桥接有符合1.5.7.1（桥接电容器）或1.5.7.2（桥接电阻器）要求的元器件，则这些可触及的零部件应符合2.4限流电路的要求。”,上图是一个符合条款第1.5.7.3（可触及零部件）规定要求的电路形式。图中，输入电压为电网电源电压（L-N），L1、L2分别是电源变压器的初级绕组和次级绕组，变压器初、次级绕组之间满足加强绝缘要求，CY为跨接一次电路与二次电路的Y1类电容器（符合加强绝缘结构）。A、B为设备的可触及件。,为什么这个电路中可触及件A、B必须满足限流电路要求呢？,依据就是限流电路考核的适用条件，即可触及件是否产生大于42.4V交流峰值或60V直流电压值。我们来分析A端对地的电压，这个电压对应人体“手-脚”接触时A端不接模拟人体电阻时呈现的空载电压。见下图，图中所有元件均以阻抗形式表示。,在TN配电系统中，电网电源N端与大地连接，所以A端与地之间的电压等效为L-N电源电压值，大于42.4V交流峰值，因此适用限流电路来进行考核。,在可触及件A与保护地之间连接2000无感电阻器，流过电阻器的峰值电流就是限流电路电流。从电路图中可以看出，ZCY、ZL2、ZD、ZC、ZL3都对电源电压ULN产生的人体电流起到限制作用。按照单一故障规则，逐个短路限流回路元件，以获得最大电路电流（按照试验规则1.4.14，加强绝缘结构的电容器CY不能设置短路故障）。,接触B端的情况与接触A端相似，测试原理见下图。,可触及件必须满足限流电路要求，是否意味着可触及件A、B之间也必须满足限流电路要求呢？对这个问题需要具体电路具体分析。当人体以“手-手”方式接触可触及件A、B时，施加在人体上的电压不论是正常工作条件还是故障条件始终为安全电压，这时只可以采用SELV电路考核方法，而不适用限流电路考核方法。原理图如下：,如果按照限流电路的测量方法在A、B端之间连接2000电阻器，把测到的电流当作是限流电路电流就是完全错误的测试方法。,电容器对人体产生的电击影响的分析：图中所示的是人体“手-脚”方式接触可触触及件A端时的人体电流测量原理图。电容器CY,的阻抗是ULN产生稳态人体电流起决定作用限流阻抗（其他元件虽也有限流作用，但这些元件的阻抗远远小于CY阻抗）。假设电容器CY被充电至ULN峰值电压时突然断电，同时断电时人体仍接触在可触及件A上，这时电容器CY的充电电压将通过人体产生放电。从电容器放电产生的人体电流过程可以看出，限流电路中所考核的电容器是满足特定条件的电容器。这个特定条件为：电容器上的最大充电电压必须超过42.4V交流峰值或60V直流值；同时电容器的放电电流通过人体。不满足这个条件的电路中的任何电容器，都不是限流电路所要限定电容量的电容器。,GB4943-2001中限流电路的相关定义和适用情况,标准条款：1.2.8.7限流电路limitedcurrentcircuit1.4.14模拟故障和异常条件1.5.7.3可触及零部件2.1.1.1接触带电零部件2.4限流电路,限流电路的适用场合和常见问题：,1有桥接电容器和/或桥接电阻的电路应满足限流电路的要求。问题：是否I类设备、II类设备都适用？结论：限流电路的要求对I类设备、II类设备的桥接电容器和/或桥接电阻的电路都适用，但如果I类设备中的桥接电容器和/或桥接电阻接保护大地，则不适用。因为该处的接触电流可以直接流入大地，由5.1条（接触电流和保护导体电流）进行考核合格即可。,限流电路的适用场合和常见问题：,1有桥接电容器和/或桥接电阻的电路应满足限流电路的要求。问题：II类设备的接触电流的测量和限流电路电流的测量的区别结论：两者的概念不同，测试的部位不同。接触电流测的是初级对可触及件的电流，是测量设备的供电系统可能对人体产生的电流效应；限流电路测的是通过桥接电容器后的电流，测的只是这部分电路的人体电流效应，两者的限值也不相同。前者是0.25mA(rms),后者是0.7mA(peak)或(0.7kHz)mA(peak)。,限流电路的适用场合和常见问题：,1有桥接电容器和/或桥接电阻的电路应满足限流电路的要求。问题：有些设备，其桥接电容器接地，但其他路输出有危险电压，这种情况其他电路是否需要满足限流电路要求。结论：这种情况下桥接电容器接地，不需要测限流电路，带有危险电压的输出电路由其他条款来判断其合格性，如绝缘条款，接触电流条款，不涉及限流电路的判定。,限流电路的适用场合和常见问题：,2由低压供电的设备，如笔记本、扫描仪、液晶显示器等内部有危险电压，则这部分电路应满足限流电路的要求，否则设备的防触电类别不能归类为III类设备，应归类为II类设备，其绝缘考核要按II类设备考核。3I类或II类设备（如液晶显示器，扫描仪等）有背光电路（backlightcircuit），灯逆变电路（lampinverter）等高压电路的部分需要满足限流电路要求。,限流电路的测量,1使用的仪器1）数字存储示波器2）2000土10无感电阻器3）电容测量仪,限流电路的测量,2试验方法将被试设备连接到电压为其额定电压的0.91.1倍之间的最不利的电压的电源上，并工作在额定频率或额定频率范围内最不利的频率（一般为额定频率范围的最高频率）下。正常工作条件下，在限流电路中的任何两个(可触及)零部件之间或任何这样的零部件与地之间接一个200010的无感电阻器，用存储示波器监测电阻器两端的峰值电压及频率或直流电压，然后计算出流过的峰值电流或直流电流。测量上述电路的电容量。找出故障条件下有可能造成被测点电压上升或频率变化的零部件，将这些零部件施加单一故障(即短路或开路)，然后重复步骤的测量。注:此处的“地”应考虑如下所有的接地零部件：保护接地端子；要求与保护接地连接的任何其他导电零部件；设备内部为功能目的而接地的任何导电零部件。,限流电路电流的测量举例,1.桥接电容器电路的限流电路的测量1）看电路图，测量桥接电容器两端的电压和频率。2）先测量电容器和/或电阻器两管脚之间及管脚与地之间的等效电容量，防止先测量电压设备损坏无法测电容量）；3）测量电容器和/或电阻器两管脚之间及管脚与地之间的电压U（Umax和Umin，选其中较大者），频率(单位kHz)；4）挑开桥接电容器和/或电阻器的次级管脚接入电阻（即在电容器次级侧串入2000电阻），再测量2000无感电阻上的电压U（Umax和Umin，选其中较大者），从而计算出流过的电流。5）计算限值：用测量的频率（高于1kHz)0.7mA(peak)得出电流的限值。6）施加单一故障的情况下，测量流过2000电阻的电流，比较测量值和限值，以及根据测得的电压U判断电路的电容量是否超过限值，从而判断该电路是否符合限流电路的要求。,限流电路电流的测量举例,2逆变电路的限