《探讨电子电器产品设备工作电压教学教案中容易忽视的七个关键问答题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《探讨电子电器产品设备工作电压教学教案中容易忽视的七个关键问答题（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、+探讨电子电器产品工作电压测试中容易忽视的七个关键问题威凯检测技术有限公司 陈永强，陈灿坤广州 510663摘要：本文探讨了电子电器产品工作电压测量时，电源L/N极性、TN-S供电网络、示波器接地、示波器探头、示波器信号耦合方式和信号采集模式、不同波形的电压有效值与仪器输入阻抗等容易忽视的七个关键问题，解读电子电器产品标准关于工作电压的测试要求。关键词：电子电器、工作电压Explore Key Understandings of Working Voltage Test for Electronic and Electrical Appliances which are easy to be
2、ignoredAbstrat:This paper discusses the key understandings of working voltage test for electronic and electrical appliances which are easy to be ignored, such as Polarity of supply, TN-S supply network, Oscilloscope grounding, Oscilloscopes probe, Signal coupling mode and acquisition mode of oscillo
3、scope, r.m.s value of different voltage wave and the instrument input impedance. Through this paper, better understanding of the requirements of working voltage measurement concerning the standards of electronic and electrical appliances can be achieved.Key words: Electronic and Electrical Appliance
4、s ； Working Voltage测量电子电器产品初、次级之间工作电压是电子电器产品合格评定的必要环节，但是从近年来国内组织的能力验证结果发现，参与的实验室中有接近一半的实验室对工作电压的测试方法认识存在缺陷，在工作电压测试中经常忽略了以下几个关键问题：问题1：电源L/N极性间接法的互换对工作电压测试结果的影响是否需要考虑？问题2：TN-S电源网络对工作电压测试结果是否有影响?问题3：工作电压测量过程中示波器是否需要接地？问题4：示波器探头对工作电压测试结果是否有影响？问题5：示波器的信号耦合方式和信号采集模式对工作电压测试结果是否有影响？问题6：不同波形的工作电压如何选取有效值与真有效值
5、？问题7：测量电压仪器输入阻抗对工作电压测试结果的影响是否需要考虑？非常有必要深入讨论上述7个问题，统一国内合格评定实验室电子电器产品工作电压的测试方法。一、标准理解由GB4943.1-2011信息技术设备安全第1部分:通用要求标准第2.10.2.2条（有效值工作电压）可知产品的最小爬电距离取决于有效值工作电压。工作电压的有效值包括任何直流分量，对所有的波形都应当使用测得的有效值。由GB4943.1-2011标准信息技术设备安全第1部分:通用要求第2.10.2.3条（峰值工作电压）可知产品的最小电气间隙和抗电强度的测试电压取决于工作电压的峰值参数。工作电压的峰值参数包含了所有直流成份和重复性脉
6、冲峰值电压，对所有的波形都应当使用测得的峰值。GB8898-2011 音频、视频及类似电子设备安全要求、GB4706.1-2005 家用和类似用途电器的安全要求第1部分：通用要求关于“工作电压”的术语和要求与GB4943.1-2011内容一致。不难发现电子电器产品的最小爬电距离、最小电气间隙和抗电强度试验电压都跟工作电压的测量值有关，如何准确测量电子电器产品的工作电压已经成为衡量实验室检测能力的一项重要指标。根据GB4943.1-2011信息技术设备安全第1部分:通用要求标准第1.2.9.6条工作电压的定义和第2.10.2条工作电压的测量要求可知，测试工作电压过程中，第一个测试要点是让被测样品
7、的工作状态处于“正常使用的工作条件下”。第二个测试要点是：“考虑绝缘或元器件所承受到的最高电压”，即各种正常使用的工作条件下测量到的“最高”电压。但是从各类能力验证结果发现，有接近一半的实验室或多或少对工作电压的测试方法及定义存在不足，在工作电压测试中经常忽略了几个关键性的问题，非常有必要进行详细分析并统一思想。二、工作电压测试中经常忽略的七个关键性问题问题1：电源L/N极性间接法的互换对工作电压测试结果的影响是否需要考虑？如图1所示，一个II类的电源适配器在国内销售，使用如图2所示的单相两极不可拆线插头与对应的插座配套，在日常使用中就存在正接和反接的现象（不同的使用者将插头插入插座的方向不同
8、），都可以让电源适配器处于正常工作状态。然而采用不同接法的电源适配器，在其初、次级之间测试到工作电压值却截然不同。 图1：II类的电源适配器 图2：单相两极不可拆线插头从图3、图4变压器工作原理图，可以理论分析出电源L/N极性间接法的互换对电源适配器产品工作电压测试结果的影响。图3：插头正接表1：插头正接的理论结果插头状态极性状态共地点测试点理论值（V）插头正接A= LB+DAB220AC208AD220B=NBC12BD0CD12图4：插头反接表2：插头反接的理论结果插头状态极性状态共地点测试点理论值（V）插头反接A=NA+DAB220AC12AD0B=LBC233BD220CD12结论：电
9、源L/N极性间接法的互换对工作电压测试结果存在较大影响，因此在工作电压测试过程中，应该要考虑插头正接或反接两种状态对测试结果的影响，建议选取两种状态下测得的“最大工作电压值”作为最终的测试结果。问题2：TN-S电源网络对工作电压测试结果是否有影响?首先需要明确配电系统代码的含义：第一个字母配电系统与地的关系第二个字母设备的接地后续字母中线和保护导线的配置T表示一极直接连接到地T表示设备直接电气连接到地，而与配电系统的任何一点接地无关S表示保护接地功能是由中线分出的导线或由接地的相线（或交流配电系统中的接地相线）分出的导线来提供I表示系统与地隔离或某一点通过阻抗连接到地N表示设备直接电气连接到配
10、电系统的接地点（在交流系统中，配电系统的接地点通常是中性点，或如果无中性点，则接地点通常应当时某一根相线）C表示中线功能和保护功能合并在一根单独的导线上（PEN导线）TN-S配电系统是直接接地的系统，设备上需要接地的零部件通过保护接地导体连接，在整个系统中使用一根独立的保护导体。TN-C-S配电系统是直接接地的系统，设备上需要接地的零部件通过保护接地导体连接，在系统某一部分中，中线功能和保护功能合并在一根单独的导线上。表3：配电系统代码含义如何判定实验室的供电系统是否属于TN-S网络？（1） TN-S系统的中性线（N）与保护线（PE）是分开的；（2） 当电气设备电压输入相线与外壳相碰时，将导致
11、直接短路，可采用过电流保护器切断电源；（3） 将N线强制断开，如果三项负载不平衡，将导致中性点的点位快速升高，设备外壳无电位，保护线PE也无电位；（4） TN-S系统中保护线（PE）必须重复接地，以防止保护线（PE）断路造成的危害。如何在工作电压测试中实现TN-S网络供电？如图3所示，在接线过程中，将稳压电源输出端连接自耦变压器供电样品，并且将自耦变压器的N端与G端相连，保证在测量过程中样品B端、D端与电源G端，N端相连，以获得隔离变压器初级、次级两端“共地”参考电位。否则，由于隔离变压器“感应”测得的初级B与次级D之间电压是“浮地”的振荡电压。有意地断开TN-S网络的G与N线之间的短接线，用
12、数字万用表会测得一组正弦波，幅值为0-10伏间波动，相位在不断发生变化。结论：TN-S电源网络对工作电压测试结果是有影响的，特别是供电设备与检测样品间是否共地连接不能马虎。问题3：工作电压测量过程中示波器是否需要接地？将示波器正确接地对于测试人员的自身安全和示波器仪器的安全，以及精确测量来说，都是非常重要的。在电子电器产品工作电压的测量中最有代表性的是对开关电源的测量。开关电源的结构具有以下几个特点：开关变压器一次和二次电路间具有良好的隔离性是不共地的，开关电源工作电压的频率含有大量高频成分，且工作电压的幅值较高、电压波形变化较大。某代表性开关电源产品的工作电压波形如图5。图5：某代表性开关电
13、源产品的工作电压波形根据以上特点，采用数字存储示波器测量开关电源的工作电压是合最佳的解决方案。但是，示波器正常使用时其保护地是连接到市电的保护地，探头的接地端也接到市电保护地。而开关电源的功率器件是不与保护地连接，且一次和二次是不共地的，测量工作电压时，示波器探头的接地端会与功率器件的电压形成一个回路，将会把被测样品或示波器探头烧坏（俗称“炸机”）。部分实验室的错误做法是：把示波器的交流主电源线中的地线断开，并将探头地线接到测试点上。这个做法将使得仪器底盘（不再接地）的电压与探头地线相连的测试点电压相同。误触摸仪器外壳就会形成最短路径的导通电流路径。如图6所示：图6：示波器主电源不接地，探头地
14、线接到测试点的示意图而且把示波器的保护地断开后获得的测量结果也存在较大误差。交流供电设备在地面浮动时会受到一个大的寄生电容干扰，测量结果将受到振荡破坏。波形如下图7所示：图7：受到振荡破坏影响的工作电压测试波形结论：工作电压测量过程中示波器必须接地。问题4：示波器探头对工作电压测试结果是否有影响？示波器的探头分为无源探头和有源探头，下面分别分析这两种探头的优缺点和适用范围。无源探头又分为两种，一种是低阻分压探头，价格便宜，阻抗450或950，负载效应明显，带宽可达6GHz以上，但由于低阻分压探头与被测样品构成了分压电路，影响被测电路电压，不适合精确幅度测量，在此不做详细讨论。另一种高阻无源探头
15、也称为衰减探头，特点是价格便宜、耐用，测量电压范围广，阻抗=1M，典型带宽可从100MHz延伸到500MHz，具有较高的动态范围，衰减倍数常为1X和10X。由于探头中没有有源器件（晶体管或放大器），因此无需为探头供电。典型的高阻无源探头的电路如图8所示，高阻无源探头的一个重要特性就是带宽随电压等级提高而降低（见图9所示）。图8：典型的高阻高阻无源探头电路图9：高阻无源探头的带宽随电压等级提高而降低有源探头的工作原理见图10所示，是阻性负载和容性负载的最佳组合，又分为有源单端和差分探头，特点是容性负载小。有源电压探头包含有源器件，通常是一只场效应晶体管，场效应管输入的优点是提供一个很低（典型值小于1pf）的输入电容。低电容意味着高的输入阻抗，所以有源探头一般具有从500MHz直到4GHz的带宽。有源探头的优异特性是由其前端的放大器带来的，但是这个高带宽的放大器又要放在探头前端有限的空间内，因此实现成本较高。图10：有源探头的工作原理图有源探头里还有一个分
