開關(guān)電源的測試和評估方法課件

醫(yī)用電氣設(shè)備中

開關(guān)電源的測試和評估北京市醫(yī)療器械檢驗(yàn)所繆斌IEC62A分技術(shù)委員會第14工作組19號建議

(IECSC62AWG14OpinionNo.19)

IEC60601-1（GB9706.1）中沒有對開關(guān)電源的要求（見附錄A中關(guān)于57.9的說明：對開關(guān)電源的要求，在考慮中）。開關(guān)電源中的參考電壓可以用不同的方式（輸入電壓、輸出電壓）來確定。由于開關(guān)電源的特殊性，導(dǎo)致應(yīng)用IEC60601-1的一些條款時(shí)會遇到困難。測試時(shí)需要考慮的問題7.1輸入功率：依據(jù)6.1j)，（功率因數(shù)通常小于0.9）。15b)電壓或能量的限制：對于干擾抑制電容器的的免除條件適用于所有電容器。19連續(xù)漏電流和患者輔助電流：

就目前的情況來說，與心臟有直接電氣連接的設(shè)備不允許使用頻率超過1MHz的開關(guān)電源。測試時(shí)需要考慮的問題52.5.1電源變壓器的過載：依據(jù)57.9.1b)第4個(gè)破折號第5個(gè)圓點(diǎn)的要求，輸出端加載。如果開關(guān)電源通過一個(gè)電子裝置進(jìn)行過載保護(hù)，那么這個(gè)電子裝置需要被短接。如果開關(guān)電源的任意一個(gè)故障都能被監(jiān)測到從而導(dǎo)致其無法工作，則用于過載保護(hù)的電子裝置不需要被短接。測試時(shí)需要考慮的問題52.5.9元器件故障：依據(jù)該條的要求進(jìn)行測試。如果元器件的故障沒有覆蓋變壓器次級短路這一故障條件，則需要作變壓器次級短路試驗(yàn)（考慮到57.9.2條5倍頻、5倍壓的電介質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)不可實(shí)現(xiàn)，變壓器次級短路試驗(yàn)可以保證變壓器繞組短路時(shí)沒有安全方面的危險(xiǎn)）。測試時(shí)需要考慮的問題57.10爬電距離和電氣間隙：依據(jù)第20條中確定的參考電壓進(jìn)行檢測。參考電壓應(yīng)是網(wǎng)電源電壓或者測量正常使用的開關(guān)電源各器件之間的參考電壓（有效值）。通過認(rèn)證的開關(guān)電源未通過認(rèn)證的開關(guān)電源評估和測試的要求GB9706.1中涉及到的條款都要進(jìn)行評估。所有的條款都必須通過，不得有不合格項(xiàng)。受檢產(chǎn)品的型號在以下幾處應(yīng)該具有等同性：a)樣品；b)證書；c)測試報(bào)告；d)電路圖；e)PCB元器件布局圖和材料清單（如果可以提供）。評估和測試的要求網(wǎng)電源部分和應(yīng)用部分之間的電容應(yīng)該符合IEC384-14的規(guī)定（這類電容應(yīng)該標(biāo)記為Y），IEC384-14等同于VDE0565和EN132400（GB9706.1條款56.4）。使用在熔斷器前的電容必須符合IEC384-14的規(guī)定（這類電容標(biāo)記為X，GB9706.1條款52.5.9）。評估和測試的要求如果次級回路是F型浮動(dòng)應(yīng)用部分的一部分，那么接在次級回路與保護(hù)接地之間的電容應(yīng)該滿足B-d的要求。

注意：由于B-d之間的參考電壓至少要取最高額定電壓，典型的要求是電氣間隙2.5mm，爬電距離4.0mm和交流1500V電介質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)。在某些情況下，專用安全標(biāo)準(zhǔn)（或防除顫的應(yīng)用部分）要求4.0mm的電氣間隙。因此，在這種情況下接在次級回路和保護(hù)接地之間的電容要能承受交流1500V的耐壓試驗(yàn)。評估和測試的要求剩余電壓（GB9706.1條款15b)、15c)）的測試取決于醫(yī)療設(shè)備成品的結(jié)構(gòu)。例如是否有濾波器等器件接在了開關(guān)電源的前面（15b)），或者是打開設(shè)備外殼接觸到開關(guān)電源需要多長時(shí)間（15c)）。對于這些條款的評估，需要進(jìn)行如下說明：1、對該條款的評估需要在醫(yī)療設(shè)備成品上進(jìn)行。2、對于15c)條，記錄下大電容在90s和180s后的剩余電壓是有意義的，因?yàn)橐恍╅_關(guān)電源是不容易拆卸的，而90s或180s是觸及醫(yī)療設(shè)備所需典型時(shí)間。評估和測試的要求漏電流的測試應(yīng)該按GB9706.1中19章的規(guī)定進(jìn)行。應(yīng)該對A-f、A-a1、A-a2、A-e、B-a、B-d等處的隔離進(jìn)行評估。

注意：1、在PCB板的兩面（元件面和焊接面）和跨接隔離兩端的變壓器的內(nèi)部都要測量爬電距離和電氣間隙；2、初級和次級之間A-e、初級和保護(hù)接地之間A-a1，它們的參考電壓是最高額定電壓（例如240VAC）。即使在初級存在像400VDC這樣的電壓，參考電壓仍然取最高額定電壓。原因：A-a1和A-e的測試電壓是基于初級6kVDC瞬態(tài)電壓的考慮，相比之下，400VDC與240VAC之間的差別可以忽略不計(jì)。如果有次級電壓大于初級電壓，取兩者中較高的值作為參考電壓，但不考慮電壓的相加。

通過認(rèn)證的開關(guān)電源未通過認(rèn)證的開關(guān)電源評估和測試的要求開關(guān)電源的初級應(yīng)該配有保險(xiǎn)。如果導(dǎo)體只有一端固定而且它能夠跨接隔離的兩端，這種情況需要進(jìn)行評估（GB9706.1中56.1f)）。評估和測試的要求輸出過載測試。

測試條件：最高額定電壓的110％（例如264V）。原因：在過載試驗(yàn)中，需要調(diào)節(jié)負(fù)載使得輸入電流達(dá)到最大輸入電流的臨界，保持這種狀態(tài)30或60分鐘，在最大輸入電流以及電壓為最高額定電壓的110％時(shí)，輸入功率最大。

注意：如果開關(guān)電源生產(chǎn)者規(guī)定了兩個(gè)不同的輸入電壓范圍，試驗(yàn)時(shí)的輸入電壓應(yīng)該取較低值的110％（例如132V），因?yàn)樵谙嗤墓β氏螺斎腚妷旱偷那闆r輸入電流會較高，預(yù)期的溫升也會較高。上面的原理對開關(guān)電源的主體是適用的，但是在有些情況下額定電壓的90％是最惡劣的條件，在這種情況下，就要采用額定電壓的90％作為輸入電壓。評估和測試的要求輸出短路試驗(yàn)。測試條件：最高額定電壓的110％（例如264V）。原因：在輸出短路的情況下，與90％的額定電壓相比，采用最高額定電壓的110％時(shí)，輸入電流會小一些，熔斷器不會很快就動(dòng)作，這時(shí)可以測到較高的溫升。注意：如果開關(guān)電源生產(chǎn)者規(guī)定了兩個(gè)不同的輸入電壓范圍，對應(yīng)120V和230V會有兩個(gè)不同的熔斷器額定值，試驗(yàn)時(shí)的輸入電壓應(yīng)該取較低值的110％(例如132V)，因?yàn)檫@種情況下輸入電流會較高，預(yù)期的溫升也會較高。

測試需要的樣品和材料開關(guān)電源樣品（2～3個(gè)）電路原理圖PCB板熔斷器或保護(hù)裝置（如不可恢復(fù)的斷路器和熔斷器）

故障測試條件一般來說，要在最不利的輸入電壓條件下進(jìn)行故障測試，由于過載試驗(yàn)中會產(chǎn)生一些不可察覺的故障，所以故障測試時(shí)的輸入電壓也采用過載試驗(yàn)的輸入電壓，即：最高額定電壓的110％。

電源頻率為50Hz或60Hz對結(jié)果沒有什么影響，所以試驗(yàn)時(shí)可以在兩者中任選一個(gè)。（理由：經(jīng)過網(wǎng)電源整流器后，電源的頻率對后面的電路沒有影響）。故障模擬

故障狀態(tài)下可能出現(xiàn)的危害：－單一故障狀態(tài)下電解電容的泄漏（電容水平安裝和垂直安裝都要進(jìn)行考慮）會導(dǎo)致隔離失效；－電解電容的爆炸后暴露出的鋁箔可能導(dǎo)致電路短路；－由于變壓器過熱導(dǎo)致的其初級和次級之間的隔離失效，從而使得次級上出現(xiàn)網(wǎng)電壓；－由于變壓器過熱導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備起火；－由于故障而導(dǎo)致的生命維持設(shè)備（如呼吸機(jī)、正壓通氣機(jī)等）停止工作；－由于連接在初級與次級之間的電容故障而導(dǎo)致的初級與次級之間隔離失效；故障模擬的原則基于GB9706.1（IEC60601-1）的思路，原則是：

1、對于一個(gè)故障，如果它發(fā)生了但是不能被察覺到，那么就認(rèn)為這是一個(gè)正常狀態(tài)。2、在這些情況下，需要進(jìn)一步引入故障進(jìn)行模擬。如果第一個(gè)故障沒有被察覺到，就需要引入第二個(gè)故障，如果第二個(gè)故障仍未被察覺，接著引入第三個(gè)故障，以此類推。3、能夠被察覺到的事件，例如：輸出電壓降低（例如接近0V）、使得整個(gè)醫(yī)療設(shè)備不能繼續(xù)正常工作（例如：顯示器變成一片空白），這可以被看作是一個(gè)可以被察覺到的故障。4、在大多數(shù)情況下，設(shè)備反應(yīng)遲緩也可以被認(rèn)為是可以察覺到的故障。因?yàn)榇藭r(shí)開關(guān)電源的輸出電壓在接近0V和額定輸出電壓之間交替變化。測試的步驟設(shè)法使電壓反饋回路失效通過短接或斷開反饋回路（耦合器），使得電壓反饋控制回路失效，觀察開關(guān)電源的輸出有無變化。如果這一故障沒有被察覺，進(jìn)行輸出過載試驗(yàn)，過載時(shí)通過調(diào)節(jié)輸出端的負(fù)載，使得輸出達(dá)到極限。過載測試的時(shí)間是30分鐘（依據(jù)IEC127），在這一過程中監(jiān)測開關(guān)電源的溫度（例如：變壓器、整流管、開關(guān)管、升壓線圈等）。測試的步驟對限流裝置的故障進(jìn)行模擬斷開或者短接限流電阻（依據(jù)電路的設(shè)計(jì)，取最不利的情況進(jìn)行測試。如果有必要的話，分別在斷開限流電阻和短接限流電阻的情況下進(jìn)行測試）。如果這一故障沒有被察覺，進(jìn)行輸出過載試驗(yàn)，過載時(shí)通過調(diào)節(jié)輸出端的負(fù)載，使得輸出達(dá)到極限。過載測試的時(shí)間是30分鐘（依據(jù)IEC127），在這一過程中監(jiān)測開關(guān)電源的溫度（例如：變壓器、整流管、開關(guān)管、升壓線圈等）。測試的步驟開關(guān)電源的過載和短路試驗(yàn)

除了在開關(guān)電源的輸出端進(jìn)行過載試驗(yàn)外，還需要直接對變壓器的次級繞組進(jìn)行過載試驗(yàn)。如果開關(guān)電源有多組輸出（+5V、+12V、+24V），對每路輸出都要進(jìn)行過載和短路試驗(yàn)，但不是各路同時(shí)進(jìn)行，而是每次只作一路。加載時(shí)，除測試的一路外，其他各路按正常的額定輸出加載。過載、短路的測試時(shí)間是30分鐘（依據(jù)IEC127），在這一過程中監(jiān)測開關(guān)電源的溫度（例如：變壓器、整流管、開關(guān)管、升壓線圈等）。測試的步驟使開關(guān)電源的熱斷路器失效短接或者斷開開關(guān)電源的熱斷路器。如果這一故障沒有被察覺，進(jìn)行輸出過載試驗(yàn)，過載時(shí)通過調(diào)節(jié)輸出端的負(fù)載，使得輸出達(dá)到極限。過載測試的時(shí)間是30分鐘（依據(jù)IEC127），在這一過程中監(jiān)測開關(guān)電源的溫度（例如：變壓器、整流管、開關(guān)管、升壓線圈等）。測試的步驟短接初級整流器中的一個(gè)二極管短接后，觀察電路的保護(hù)裝置（例如：熔斷器）有無動(dòng)作。注意：如果是整流堆的話，一次只能短接橋堆的一個(gè)二極管（根據(jù)單一故障模擬的原則