电源电压为1100V以下的开关型电源装置的工作电压测量

电源电压为1100V以下的开关型电源装置的工作电压测量

蔡祥坤

广东产品质量监督检验研究院 广州 510670

摘要

对于电源电压为1100V以下的开关型电源装置，其工作电压是决定绝缘之间电气间隙和爬电距离要求值的重要因素。为了增强对标准的理解，提升实验室的产品检测工作质量水平，对工作电压测量的检测技术进行探讨。通过对标准的研读，明确具体需要被测量的工作电压，给出测量工作中宜关注的测量部位，探讨测量方法的相关依据，选用适当的测量设备，介绍测量系统的设置以及注意事项。

关键词

工作电压；测量；参考点；隔离

1引言

在进行GB/T 19212.17-2019范围内电源电压为1100V以下的开关型电源装置的检测时，为确定绝缘之间的电气间隙和爬电距离要求值，需要进行工作电压测量。如果工作电压测量不准确，会直接导致设备的设计中产生诸多安全隐患[1]。但是该标准没有关于工作电压的具体检测要求和方法，影响开展检测工作，理顺测量要求有助于开展质量管理。

2工作电压的定义

根据GB/T 19212.17的条款3.3.8，工作电压被定义为：在额定电源电压下空载或正常工作条件时，可能出现（局部地出现）在任何绝缘上的最高交流均方根值或直流电压值，忽略瞬时值。由电网电源供电的电路中的任何一点和其他隔离的部件之间的工作电压应假设为：额定输入电压；或测量的工作电压[2]。但是，在GB/T 19212.17的条款26中，关于如何确定电气间隙和爬电距离要求值时，要求根据测得的峰值工作电压和方均根值两者分别确定具体值，然后选择其中较大值。因此测量工作电压时实际包含了额定输入电压、峰值工作电压和方均根值的测量。

3测量位置

根据GB/T 19212.17的条款3.3.8，工作电压是可能出现（局部地出现）在任何绝缘上的最高交流均方根值或直流电压值，还可能是额定输入电压。那么应了解绝缘类型有哪些，包括基本绝缘、附加绝缘、加强绝缘，以及为实现这些绝缘而采取的方法，掌握开关型电源的电路结构，才能较好地确定工作电压的测量位置。按照开关电源的工作特点，工作电压的最高峰值一般出现在初、次级之间，均方根值不好一概而论，需要根据产品情况具体分析。一般来说，主要的测试位置如表1所示，可供参考。

表1 测量位置参考表

4测试依据

GB/T 19212.17仅给出了工作电压的定义，没有提到应如何进行工作电压的测量，需要考虑借鉴、采用其他标准。测量工作电压的目的是用来确定爬电距离和电气间隙，测量爬电距离与电气间隙依据方法标准主要有：GB/T 16935.1-2008、GB 2099.1-2008、GB 4943.1-2011、GB 4706.1-2005、GB 7000.1-2015、GB 8898-2011[3]，其中GB 4943.1也是通过测量工作电压来确定爬电距离和电气间隙。GB 4943.1范围内的电源产品是用于信息技术产品的，包括开关型电源装置，与GB/T 19212.17范围内的开关型电源装置最为相近，后者的电源电压最高可达到1100V。GB 4943对工作电压的测试有较为明确的要求，在业内被广泛采用作为工作电压的测量依据或参考，GB/T 19212.17的引用文件包括了GB 4943.1。综上，可以采用GB 4943.1对工作电压的要求作为测试参考依据。

5测试设备的选择

测量工作电压一般选用示波器和探头，为了达到良好的测量效果，选择的示波器、探头应和被测电源电路相匹配。

市场上有较多示波器品牌、型号，各自的主要功能差不多，又各有特点，性能、价格差异比较大。开关型电源装置的内部工作频率一般是30MHz以下，选用的示波器的带宽应能覆盖被测对象的频率范围，从经验看，示波器带宽不宜低于5倍被测对象的最大频率。对于数字示波器来说，采样率决定了重建波形的准确度，按照奈奎斯特定理，采样率最少为2倍被测对象的最大频率，为追求较好的准确度，示波器每个周期至少需要5个样本。其他参数包括存储深度、分辨率、输入范围等。性能越好的示波器越贵，远超过测试需要的性能则会造成浪费，需要视测试工作综合分析选择。

不能仅关注示波器，却忽略了配套的探头。探头是介于示波器和被测电源电路之间的中间设备，确保探头获得的信号不失真，测试结果才有价值。被测部位形状、位置不同，探头需要考虑探测连接的方便性。工作电压可能超过1100伏，探头的衰减倍数应注意，避免输出电压过高损坏探头；增大衰减倍数可以增大测量电压范围，但可能增大示波器本身的噪声。对于GB/T 19212.17范围内的开关型电源装置，其额定电源频率≤500Hz、额定内部运行频率≤100MHz；低频时探头的负载主要是阻抗作用，高频时探头的负载主要是容抗作用，选择高阻抗、低容抗的探头，以减轻探头对被测电源的负载影响。

6测试设置及注意事项

根据GB/T 19212.17条款3.8的要求，将样品设置在正常工作状态，设置输入电源电压、频率。样品直接连接电网的话，电网中的谐波、浪涌、高频干扰等会影响测量结果的准确性，采用隔离电源供电是一种有效抑制措施。给设备供电的输入电压应为额定电压，或额定电压范围内能产生最高测量值的电压[4]。

如果变压器绕组或其他零部件是浮地的，则应当假定该变压器绕组或该零部件有一点接地，由于这一点接地而产生最高工作电压[4]。对于I类设备或II类设备，可以在初、次级之间建立公共参考点，使得绕组或零部件对地有确定电位再开始进行工作电压的测量。一般是将输入“N”端与输出“负”端相连，在原来相互隔离的初、次级之间形成回路，电路的零电位可能会变化，但电路内对地的电位差基本确定。建立公共参考点后，建议在允许条件下真接地，接地后既可以提供一个基准地，又能提供一个保护地，有益于降低操作风险。

按标准要求，空载状态和负载状态要分别测量，而不同的负载条件对测试结果也有影响。负载状态可以是部分负载或额定负载，一般来说，额定负载情况下最为严酷，获得的工作电压值更为准确。对于允许L和N互换的电源装置，应在互换后再次进行工作电压的测量，互换前后的测量值可能会不同。测量直流信号或带直流分量的交流时选择DC耦合，测量交流信号或需滤除直流分量的交流信号时选择AC耦合。示波器信号采集模式主要分为取样、峰值检波、包络、平均值几种采集模式[5]，不同的模式会获得不同峰值电压，平均值模式与理论峰值更为接近。

当测试部位在PCB上不方便连接时，可以在引脚处适当延长。可以用焊锡点焊一小段引脚出来，方便连接示波器探头，引入干扰小，但对操作人员的要求比较高，注意防止触电和损坏探头。或者在引脚连接绝缘导线，操作比较方便，相对更安全，但可能因引出导线较长、较多而影响测试结果。在没有采用隔离电源情况下，如将普通探头接地一端与带电部位连接，容易损坏被测样品，甚至造成电击伤害。

7结语

通过对标准要求的分析研究，增强对GB/T 19212.17中工作电压测量的理解，选用示波器、探头、隔离电源等适当设备进行测量，理顺工作电压的测量方法，期望对在工作电压测量工作中遇到的问题有所帮助，更好地服务于产品质量保障工作。

参考文献

[1] 杨璐,刘伟,李娟. GB 4943中工作电压测试的分析[J]. 电信网技术，2012(12):57-60.

[2] GB/T 19212.17-2019 电源电压为1100V及以下的变压器、电抗器、电源装置和类似产品的安全 第17部分：开关型电源装置和开关型电源装置用变压器的特殊要求和试验[S],2019:3.

[3] 汪超. 不同标准对爬电距离与电气间隙测量中跨接尺寸的等效性分析[J]. 家电科技,2018(1): 55-57.

[4] GB 4943.1-2022 音视频、信息技术和通信技术设备 第1部分：安全要求[S],2022: 52.

[5] 李文杰,刘天宇,韦祎. 浅谈电子电器产品工作电压测试中的若干问题[J]. 工程建设与设计,2019(16): 133-134.

第 1 页 共 4 页