1、汽車電子產品檢測與鑒定,任課教師：李正國,講授時間：20112012學年第一學期,第四講 汽車電子產品安全性檢測基本知識,Page 3,1、所有用電設備的基本要求是什么？ 2、電子產品關鍵元部件通用安全要求是什么？ 3、電子設備安全設計的基本原則有哪些？ 4、可能產生電擊的原因主要有哪些？ 5、防電擊安全設計主要有哪些方法？ 6、防絕緣擊穿設計措施中，不同類型的設備設計思路有哪些不同？,Page 4,汽車電子產品檢測與鑒定,一、電子產品安全設計的一般原則 1. 安全性能的總體要求 A、設備在正常工作的條件下，不對使用人員以及周圍環(huán)境造成安全危險； B、設備在單一故障的條件下，不對使用人員以及周

2、圍環(huán)境造成安全危險； C、設備在預期的各種環(huán)境應力條件下，不會由于受到外界影響而變得不安全。,Page 5,汽車電子產品檢測與鑒定,一、電子產品安全設計的一般原則 2. 安全設計的基本原則 提問：現(xiàn)在對電子產品的安全性能提出了以上要求，應該從哪些方面注意電子產品的設計？,Page 6,汽車電子產品檢測與鑒定,一、電子產品安全設計的一般原則 2. 安全設計的基本原則 防電擊、防能量危險、防著火危險、防過高溫、防機械危險、防輻射、防化學危險等 a、防電擊：也稱防觸電，這是對所有用電設備的最起碼要求，任何電子產品必須具有足夠的防觸電措施； b、防能量危險：大電流源的輸出短路或大電容器端子短路會形成大

3、電流，甚至產生打火，冒出熔融的金屬，引起著火燃燒。,Page 7,汽車電子產品檢測與鑒定,一、電子產品安全設計的一般原則 2. 安全設計的基本原則 防電擊、防能量危險、防著火危險、防過高溫、防機械危險、防輻射、防化學危險等 c、防著火危險：著火危險除了直接威脅使用者的人身安全之外，還直接威脅周圍環(huán)境的安全，從而威脅更多人員和環(huán)境的安全。 此外，著火燃燒的二次生成物還有巨大的影響：煙霧濃度影響著火現(xiàn)場人員的逃生；二次生成物的毒性直接危急現(xiàn)場人員的生命；二次生成物的腐蝕性威脅著現(xiàn)場人員及現(xiàn)場環(huán)境中的設備。 美國的UL/CSA安全標準體系尤其關注防著火問題。,Page 8,汽車電子產品檢測與鑒定,一

4、、電子產品安全設計的一般原則 2. 安全設計的基本原則 防電擊、防能量危險、防著火危險、防過高溫、防機械危險、防輻射、防化學危險等 d、防過高溫：零部件或材料的過高溫容易導致著火燃燒，此外，外露部件的過高溫還有可能造成使用人員的燙傷、特別是導熱性能良好的外露金屬零部件更是如此。 e、防機械危險：無意接觸到運動部件有可能造成人身傷害。比如： 接觸到功率較大、轉速較高、其葉片硬度超過一定值的風扇，就有可能造成嚴重的后果。 對靜止的部件或設備整體，也需要有防機械或物理傷人的措施。,Page 9,汽車電子產品檢測與鑒定,一、電子產品安全設計的一般原則 2. 安全設計的基本原則 防電擊、防能量危險、防著

5、火危險、防過高溫、防機械危險、防輻射、防化學危險等 e、防機械危險：對靜止的部件或設備整體，也需要有防機械或物理傷人的措施。 例如：由于產品的重心過高，有可能翻到傷人。由于設計不周或加工不良，致使邊、角太銳利而劃傷使用人員。 f、防輻射：對人體造成傷害的輻射包括：聲頻輻射、射頻輻射、光輻射、電磁輻射等等。隨著電子產品越來越多的進入千家萬戶，這些產品的使用者可能是孕婦或小孩，他們沒有半點防護意識，設計人員應對此注意。,Page 10,汽車電子產品檢測與鑒定,一、電子產品安全設計的一般原則 2. 安全設計的基本原則 防電擊、防能量危險、防著火危險、防過高溫、防機械危險、防輻射、防化學危險等 e、防

6、化學危險：接觸到某些液態(tài)危險化學物質（酸、堿、汞等）或其蒸汽、氣體化學物質或煙霧（如氯化氫氣體、氯氣等）會引起人身的傷害，當產品含有或產生這類其他時，要注意防護措施。,Page 11,汽車電子產品檢測與鑒定,二、防電擊安全設計 它是所有電子產品的最基本的要求。 因此，通常要求設置兩道防觸電的防線：基本絕緣附加保護措施。 當基本絕緣失效的時候，附加保護措施將起到防電擊的作用，但是，需要注意的是：決不能因為采取了附加保護措施而降低了對基本絕緣的要求。,Page 12,汽車電子產品檢測與鑒定,二、防電擊安全設計 提問：通常產生電擊的原因有哪些？,Page 13,汽車電子產品檢測與鑒定,二、防電擊安全

7、設計 通常產生電擊的原因有：觸及帶電器件、絕緣被擊穿、接觸電流過大或保護接地電阻偏大，大容量電容器放電以及TNV（通信網(wǎng)絡電壓）電路設計不當和電氣設備中的絕緣配合設計不當。 1、防止觸及帶電件 正常情況下觸及帶電器件有兩種情況： a、由于功能上需要，連接端子帶電，而連接端子又沒有防觸及措施。 b、外殼開孔（如散熱孔等）設計不周，使用人員有可能觸及機內帶電的零部件。,Page 14,汽車電子產品檢測與鑒定,二、防電擊安全設計 1、防止觸及帶電件 預防措施： a、降低輸出到端子上的電壓（這不是所有產品都能做到的）。 b、設置保護蓋，使在正常工作的條件下的帶電端子不可觸及。保護蓋可以是帶電件的罩，也

8、可以是整機產品的外殼。保護罩必須有足夠的機械強度，保護蓋的接線開孔應能防止使用者觸及帶電端子，而且保護蓋不可以僅用手就能打開。 c、使用安全連鎖裝置，在出現(xiàn)接觸帶電端子的危險時切斷危險電壓。 d、控制外殼開孔尺寸，以防止觸及機內的帶電零部件。一般而言，開孔直徑小于2mm就可符合大多數(shù)標準的要求。 e、為帶電件設置合適的絕緣。GB4208-1993外殼防護等級（IP代碼）（等同于IEC529：1989）規(guī)定，從防止人體接觸外殼內部危險零部件和防止固體異物進入機殼內對設備造成有害影響的角度出發(fā)，分成七個等級。,Page 15,汽車電子產品檢測與鑒定,二、防電擊安全設計 2、防止危險帶電件和可觸及件

9、之間的絕緣被擊穿 2.1 絕緣要求 產品內所有絕緣，無論是固體絕緣件還是符合一定要求的空氣間隙和爬電距離，都必須能夠承受產品在正常工作狀態(tài)或單一故障條件下自己內部產生的相應部分的電壓，除此之外，還必須能承受電網(wǎng)電源傳輸進來的或者從通信網(wǎng)路傳入的瞬態(tài)沖擊電壓而不擊穿、不飛弧。 所為擊穿,就是當絕緣承受的電壓太高，而使得絕緣電阻無法再限制電流的增大，從而在施加電壓的兩個電極之間放電。,Page 16,汽車電子產品檢測與鑒定,二、防電擊安全設計 2、防止危險帶電件和可觸及件之間的絕緣被擊穿 2.1 絕緣要求 “擊穿”的途徑可能是穿過固體絕緣材料內部，也可能是沿著兩個電極之間的絕緣體的表面（即所謂的“

10、爬電”），也可能沿著兩個電極之間最短的空間路徑（即氣體介質中的“飛弧”）。 一般而言，擊穿了一次之后（不管是發(fā)生在內部還是爬電現(xiàn)象），即使是完全恢復，其再次發(fā)生的可能性非常大。,Page 17,汽車電子產品檢測與鑒定,二、防電擊安全設計 2、防止危險帶電件和可觸及件之間的絕緣被擊穿 2.1 絕緣要求 絕緣材料的 “擊穿”形式一般有兩種：熱擊穿和純電擊穿。 電擊穿就是絕緣材料電介質結構直接為電場力破壞而致，而熱擊穿則是由于絕緣材料的介質損耗導致電介質發(fā)熱所致。 在交流正弦電壓作用下絕緣材料的介質損耗為： PU2*2*f*C*tg 在直流電壓的作用下絕緣材料的介質損耗為： PU2/R 選擇的絕緣材

11、料應能適應正常工作條件下的發(fā)熱狀態(tài)，應能在相應的條件下承受相應的工作電壓以及瞬態(tài)過壓而不擊穿。,Page 18,汽車電子產品檢測與鑒定,二、防電擊安全設計 2、防止危險帶電件和可觸及件之間的絕緣被擊穿 2.1 絕緣要求 由于”擊穿“會再不同的路徑上出現(xiàn)，因而對絕緣系統(tǒng)有結構上的相應要求： a、有足夠的絕緣穿透距離，以防止透過絕緣材料內部擊穿； b、有足夠的空隙間隙，以防止沿著兩個電極間最短的空氣間隙發(fā)生放電； c、足夠的爬電距離，以防止在相應的污染環(huán)境條件下沿著支撐兩電極的絕緣材料表面發(fā)生爬電。,Page 19,汽車電子產品檢測與鑒定,二、防電擊安全設計 2、防止危險帶電件和可觸及件之間的絕緣

12、被擊穿 2.2 防絕緣擊穿的設計措施 2.2.1 I類設備的措施 此類設備防擊穿的第一道防線為帶電件的基本絕緣，第二道防線是安全接地措施。 它的機理非常清楚：即使是基本絕緣失效，由于需要接地的可觸及導電零部件和需要接地的其他零部件都接到安全接地端，從而消除了接觸這些零部件而引起的觸電危險。 例如：馬達定子繞組是危險的帶電件，繞組與馬達鐵芯（連接到外殼）之間是基本絕緣的，金屬外殼和其他可觸及導電件均連接到安全接地端。,Page 20,汽車電子產品檢測與鑒定,二、防電擊安全設計 2、防止危險帶電件和可觸及件之間的絕緣被擊穿 2.1 防絕緣擊穿的設計措施 2.2.2 II類設備的措施 此類設備防擊穿

13、的第一道防線為帶電件的基本絕緣，第二道防線是附加絕緣。也就是危險帶電件與可觸及件之間采用加強絕緣或雙重絕緣。,Page 21,汽車電子產品檢測與鑒定,二、防電擊安全設計 2、防止危險帶電件和可觸及件之間的絕緣被擊穿 2.1 防絕緣擊穿的設計措施 2.2.3 III類設備的措施 此類設備采用安全特低電壓（SELV）供電，并且SELV電路采用適當?shù)姆椒ㄅc其他的電路隔離： a、用雙重絕緣或加強絕緣將SELV電路與帶危險電壓的零部件隔離； b、用接地的導電屏蔽層將SELV電路與其他電路隔離； c、將SELV電路接地。 安全特低電壓電路是指做了適當?shù)脑O計和保護的二次電路，使得正常工作條件下和單一故障條件

14、下，它的電壓值不會超過安全值。,Page 22,汽車電子產品檢測與鑒定,二、防電擊安全設計 3、防接觸電流過大 在II類設備中，如果危險帶電件與可觸及導電件之間的”泄漏電流“（接觸電流）太大， 或者I類設備中承載保護導體電流的保護接地連接失效，則可能造成電擊。 例如：在八十年代中后期，有一部分機型的彩色電視機，天線端子接觸電流太大，觸及天線時明顯感到”麻手“。這主要原因是等效隔離電容器容量過大，導致天線端子接觸電流超過標準限額值。 隔離電容在冰箱、洗衣機等”白色家電“產品中使用不多，但在IT產品和音視頻產品等”黑色“家電中較常出現(xiàn)。,Page 23,汽車電子產品檢測與鑒定,二、防電擊安全設計

15、3、防接觸電流過大 設計預防措施： 把隔離電容容量降低，I類產品中可能要求承載故障條件下保護導體電流的保護接地連接要可靠（包括足夠的截面積以防單一故障條件下保護導體電流熔斷保護接地線，可靠的連接方法，可靠的接線端子等等）。 當產品的EMC不符合要求的時候，更加要注意，千萬不能只顧加大隔離電容容量以滿足EMC，而忘記安全要求。,Page 24,汽車電子產品檢測與鑒定,二、防電擊安全設計 4、防大容量儲能電容器放電 當接在電源電路中的電容器容量達到一定量值，產品通電后此電容會充有較多電能而未能及時釋放，當拔出電源插頭而又不小心接觸到這些零部件時，就有可能產生電擊的危險。 設計預防措施： 降低電容器

16、容量（比如降低到0.1uf）或者設置時間常數(shù)足夠小的放電回路。實際上，常常在電容的兩端并聯(lián)適當?shù)碾娮瑁洚斝狗烹娮璧淖饔谩?Page 25,汽車電子產品檢測與鑒定,二、防電擊安全設計 5、對TNV（通訊網(wǎng)絡電壓）電路的安全設計 由于通訊事業(yè)的發(fā)展，IT產品與音視頻產品，包括多媒體產品，有很大一部分包含有通訊網(wǎng)絡接口。這就牽涉到TNV電路的要求。 所謂的TNV電路就是通訊網(wǎng)絡電壓電路。按照它們的電壓來分，可以分為： TNV1電路：在正常工作條件下，其正常工作電壓不超過SELV電路的限值；并且可能承受來自通信網(wǎng)絡過電壓的TNV電路。 TNV2電路：在正常工作條件下，其正常工作電壓超過SELV電路的

17、限值；并且不承受來自通信網(wǎng)絡過電壓的TNV電路。 TNV3電路：在正常工作條件下，其正常工作電壓超過SELV電路的限值；并且在其電路上可能承受來自通信網(wǎng)絡過電壓的TNV電路。,Page 26,汽車電子產品檢測與鑒定,二、防電擊安全設計 5、對TNV（通訊網(wǎng)絡電壓）電路的安全設計 在正常工作的條件下，TNV1電路電壓不超過SELV電路電壓的限值；TNV2與TNV3電路電壓可以超過SELV電路電壓限值，但不可以超過： Vac/70.7 Vdc/1201,Page 27,汽車電子產品檢測與鑒定,二、防電擊安全設計 5、對TNV（通訊網(wǎng)絡電壓）電路的安全設計 針對TNV電路的特點，設計師要注意： 1、

18、產品中的TNV電路應符合TNV電路對電壓限制值的要求； 2、產品中的TNV電路應不會危及通信網(wǎng)絡使用人員； 3、預定要連接到通信網(wǎng)絡上的產品必須能承受通信網(wǎng)絡的通信信號作用（包括TNV1電路和TNV3電路可能要承受瞬態(tài)過電壓的影響。 由此，TNV電路需要用下列方法隔離： 1、用雙重絕緣或加強絕緣與危險電壓隔離； 2、基本絕緣和連接到保護接地端的保護屏蔽層與危險電壓隔離。,Page 28,作業(yè)：,1、高溫對電子產品的危害主要有哪些？ 2、熱傳遞的三種方式是哪三種？ 3、散熱的方法主要有哪幾種？ 4、風冷式散熱法的工作原理是怎樣的？ 5、半導體致冷法具有的優(yōu)勢是什么？ 6、為什么不用金屬銅來制造散

19、熱片？ 7、防火設計的基本考慮是怎樣的？ 8、防機械危險主要從哪些方面考慮？ 9、電離輻射的防護措施是怎樣的？,Page 29,汽車電子產品檢測與鑒定,三、防高溫設計 1、高溫的危害 兩個（或多個）熱力學系統(tǒng)處于同一熱平衡狀態(tài)時，他們必然具有某種共同的宏觀性質，這種性質稱為系統(tǒng)的溫度，溫度過高，有可能導致電子、電器設備絕緣性能的損壞或降級；有可能由于設備內部的溫度過高而引起機械方面的不穩(wěn)定性；當人體不經意碰到可觸及高溫部件時可能對人體造成灼傷，有可能引燃可燃的物體；有可能造成電子元器件性能的降低等。一般情況下，頻率的提高（在穩(wěn)定的前提下）對于電子元器件的壽命沒有直接影響，但是隨著頻率的提高，卻

20、可能會產生更多的熱量。,Page 30,汽車電子產品檢測與鑒定,三、防高溫設計 2、散熱的基本原理 熱傳遞的三種方式是怎樣的？各舉例說明？,Page 31,汽車電子產品檢測與鑒定,三、防高溫設計 3、散熱的方法 電子產品常用的散熱方法主要有風冷式散熱、水冷散熱、半導體散熱、熱管散熱、風扇散熱和利用散熱片等幾種方法,Page 32,汽車電子產品檢測與鑒定,三、防高溫設計 3.1、風冷式散熱法 1、組成 2、優(yōu)缺點 3、工作原理,Page 33,汽車電子產品檢測與鑒定,三、防高溫設計 3.2、水冷式散熱法 1、組成 2、優(yōu)缺點 3、工作原理,Page 34,汽車電子產品檢測與鑒定,三、防高溫設計

21、3.3、半導體制冷法 1、組成 2、優(yōu)缺點 3、工作原理,Page 35,Page 36,汽車電子產品檢測與鑒定,三、防高溫設計 3.4、熱管散熱法 1、組成 2、優(yōu)缺點 3、工作原理,Page 37,汽車電子產品檢測與鑒定,三、防高溫設計 3.5、液氮散熱法 液氮散熱法目前在國外比較新潮，那些“高手”喜歡用液氮這種危險的東西冷卻發(fā)熱元件，其效果是非常理想的。但不管怎樣，零下一百多度的液態(tài)氮可不是好玩的，在使用的時候要十分小心。由于搬運、儲存、使用時都有特殊的要求，所以這種方法目前在國內外的電子產品中都比較少用。,Page 38,汽車電子產品檢測與鑒定,三、防高溫設計 3.6、軟件降溫法 降溫

22、軟件的工作原理其實很簡單，因為一般我們在使用文字處理軟件或是上網(wǎng)時，只會占用到很少的CPU資源。而散熱軟件可以讓CPU在沒有工作或是工作比較清閑的時候，讓CPU休息一會，這樣一來CPU耗電最就會減少，相對的溫度就會降低。但如果只依靠軟件降溫的方法是行不通的，畢竟它只能當作降溫的輔助工具。因為當CPU在超頻時，如果它正處于忙碌狀態(tài)時，降溫系統(tǒng)就幫不上忙。所以想超頻還是得靠風扇或是水冷系統(tǒng)等硬件來幫忙，這樣才能徹底解決CPU工作所產生的高溫問題。,Page 39,汽車電子產品檢測與鑒定,三、防高溫設計 3.7、散熱片散熱 散熱片散熱主要考慮的兩種因素是什么？,Page 40,汽車電子產品檢測與鑒定

23、,三、防高溫設計 3.7、散熱片散熱 散熱片散熱為什么主要用鋁合金制作？,Page 41,汽車電子產品檢測與鑒定,三、防高溫設計 3.8、風扇散熱 風扇散熱的原理？ 風扇散熱主要考慮的幾個因素是什么？,Page 42,汽車電子產品檢測與鑒定,三、防高溫設計 3.8、風扇散熱 （1）風扇外形： （2）風扇大?。?（3）葉片設計： （4）風扇高度：,Page 43,汽車電子產品檢測與鑒定,三、防高溫設計 4、常用的散熱材料 （1）散熱片： （2）散熱膏： （3）散熱墊片： （4）雙面膠：,Page 44,汽車電子產品檢測與鑒定,四、防火設計 1、防火設計的基本考慮 起火的三要素是什么？ 基于三要素的考慮,Page 45,