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液晶电视机在音视频安规认证中的注意事项及改进方法

2017-10-7 22:17 595 0 原作者: 胡绍健
简介
在液晶电视机的型式试验中经常遇到产品不符合标准要求的问题,这些问题会对用户的人身安全造成侵害。针对液晶电视机安规认证中常见的发热、防触电结构、接触电流和拔出插头放电量试验、电气间隙和爬电距离以及防火等 ...

1 前言

      目前,液晶电视机成为我国平板电视的主流,大量以生产液晶电视机为主的生产厂如春笋般冒出,如何设计生产出符合国家标准要求的液晶电视机成为众多制造厂商关心的话题。根据近几年在处理认证案件中遇到的问题,我将对标准进行深入解读并探讨相应的解决方案。

                       


2 常见问题和解决方案

2.1 发热

      产品的温升在正常工作条件以及异常工作条件下需要满足标准中表2 的要求和相应的附加要求,这些要求标准有详细的阐述,这里就不在赘述,我在此只列举出常见的温升注意事项和解决方法。目前绝大多数液晶电视采用开关电源作为供电模块,开关电源的发热源较多,如整流桥、功率开关管、快恢复二极管、开关变压器、磁性元件以及作为假负载的大功率电阻等,这些元件周边的温度通常都会高于其他元件周边的温度,建议将功率开关管、二极管等元件固定在散热器上,并涂抹用于散热的硅胶。对于元件的选择,我建议采用高品质的元件来减少压降损耗和发热;由于散热器的散热效果与散热器的选材、结构、安装方式、接触面积、接触粗糙度、散热风道,散热器表面温度、导热材料等因素有关,因此我建议先根据本机结构,结合预计使用条件,建立等效的热阻模型,优化选材方案,建立合理的元件布局。关于元件布局,我建议印制板采用垂直方式放置,使气流有效得流过元件表面;发热量大的元件放在印制板上方,发热量小的元件放在印制板下方;在发热量大的如电源板、高压逆变板等元件的位置上方增加散热孔数量,机器两侧开设对流散热孔,合理安排内部引线布局,尽量减小对内部气体对流效果的影响。

2.2 防触电结构

       目前,部分液晶电视机由于结构、选材等方面的限制,机器内部危险带电部件与可触及导电零部件之间的绝缘不满足标准要求。
      
       1)事例:次级导线从危险带电触点表面穿过,容易导致危险带电零部件与电线或电缆中和可触及导电零部件连接的导体之间的绝缘不满足标准要求。

       标准解读:目前,大多数液晶电视机输送至解码板和高压逆变板的直流电压均在60V 以下,因此我们考虑问题时可将次级导线对地电压定义为符合标准意义上的安全电压。

       对于Ⅰ类设备,若次级导线与接地导体直接导电连接,则危险带零电部件与该次级导线间的绝缘只要满足相应的基本绝缘抗电强度和绝缘电阻要求即可;若次级导线与接地导体非直接导电连接,则危险带零电部件与该次级导线间的绝缘需要满足双重绝缘或加强绝缘关于厚度、绝缘电阻和抗电强度等相关要求,双重绝缘中的基本绝缘或附加绝缘的厚度和加强绝缘的厚度应至少为0.4mm(如果导线由聚氯乙烯材料制成)。

       对于Ⅱ类设备,危险带零电部件与次级导线间的绝缘需要满足双重绝缘关于厚度、绝缘电阻和抗电强度等相关要求。解决方案:在产品设计方面,我建议尽量避免次级导线从危险电压触点表面穿过,;若结构不允许,则对有基本绝缘要求的次级导线,要求其绝缘能够承受相应的抗电强度和绝缘电阻测试;对有双重绝缘要求的次级导线,其绝缘除了必须满足相应的抗电强度和绝缘电阻测试要求外,导线本身还需具备有双层绝缘特性或在单层导线外附加绝缘套管,至少有一层绝缘的厚度大于0.4mm。由于该导线绝缘的损伤容易引起标准意义上的危险,因此,应该将该导线进行固定,当施加2N的力时,不会使其触及到其温升值超过表2 对该种导线绝缘的允许温升的零部件,以及导线不会受到诸如尖锐边缘、运动零部件的磨损和积压。

       2)事例:电源板背面危险带电元件的引脚紧挨着与可触及零部件导电相连的金属支撑架,致使危险带电零部件与可触及导电零部件间的绝缘不能满足标准的要求。

       标准解读:危险带电零部件与可触及端子之间应进行有效隔离,对于Ⅰ类结构,应该满足基本绝缘要求;对于Ⅱ类结构,需要满足双重绝缘或加强绝缘的要求。基本绝缘、附加绝缘和加强绝缘应各自承受10.3 规定的抗电强度和绝缘电阻试验;对于双重绝缘,其基本绝缘或附加绝缘的厚度至少为0.4mm;当加强绝缘不能承受在工作条件和故障条件的温度下可能会导致绝缘材料变形或劣变的任何机械应力时,则加强绝缘的最小厚度应该为0.4mm。若使用不考虑其厚度的薄层绝缘材料,需要对其绝缘性质和薄层数目进行标准8.8 章规定的抗电强度试验。绝缘的防火特性要求其阻燃性质应该满足标准表13 的相关要求;结构方面应该设计成元器件引脚不能对绝缘进行积压和磨损。

       解决方案:加绝缘垫片或增加危险带电零部件与金属支撑架之间的距离。绝缘垫片需要符合以下条件:绝缘垫片的面积要比危险带电区域面积大,危险带电部件下面的垫片区域不能有孔洞存在,不允许存在两块绝缘垫片在危险带电区域内用简单方式拼凑在一起使用的现象;对于Ⅰ类结构,绝缘垫片需要符合基本绝缘条件下的抗电强度和绝缘电阻测试要求;对于Ⅱ类结构,绝缘垫片厚度至少为0.4mm,且能符合加强绝缘条件下的抗电强度和绝缘电阻测试要求;绝缘垫片的防火等级要求应该符合标准中表13 规定的数值。关于危险带电零部件与金属支撑架之间增加距离方案,应该使得危险带电零部件任意一点与金属支撑架任意一点之间满足加强绝缘的抗电强度和绝缘电阻试验以及相应的电气间隙和爬电距离要求,建议完善工艺流程,严格控制元器件的引脚长度,严防导电物体进入以上区域内。

      3)事例:外壳开孔尺径过大,开孔导致电气间隙和爬电距离不合格。

       标准解读:设备的设计应该使得在用一个直径为4mm、长度为100mm 的金属试验针以一端悬空自由地插入,试验针不应变成危险带电件;用标准试验指插入外壳上的任何开孔,包括底部的开孔,不能触及到危险带电部件。

       解决方案:外壳顶部散热孔尺径控制在4mm 范围内,开孔数量可适当增加;机器两侧及底部散热孔在用试验指进行相关试验后无危险即可;机器两侧用于对流的散热孔一般开在高压逆变板和开关电源板的侧面,因此还需要严防危险带电零部件与塑料外壳表面或金属外壳内表面之间的绝缘等级小于标准规定的数值;尽量优化散热通道布局,减少由散热孔带来的触电风险。

2.3 接触电流和拔出插头放电量

      1)为确定某一零部件或某一端子是否危险带电时,需要进行接触电流测试。当任意两个零部件或接触件之间以及任意一个零部件或接触件于试验时所用电源的任意一极之间的开路电压超过35V(峰值)或直流60V 时,标准要求接触电流不能超过测量网络电压U1 对应的70mA 和U2 对应的0.7mA,而试验表明,在隔离元件中,电容的漏电流对整机的接触电流贡献很大,电压越高,电容量越大,接触电流也就越大,因此,在解决电磁兼容共模干扰问题的同时,有效减少电容中的漏电流,将整机接触漏电流控制在安全范围内,是工程师们设计的重点。

       2)对于采用插头于电网电源连接的设备,标准要求当拔

       出插头后2 秒后,插头不应变为危险带电部件。通过放电等效模型可以计算出RC 放电公式:V(t)=V(0)e- t/rc,从中可以看出2 秒后插头上的电压V(t)与放电前电容两端电压V(0)、电容量c、电阻值r 以及放电时间t 有关,其中放电前电容两端电压和放电时间已知,因此,电容量与电阻值是插头拔出2 秒后是否危险带电的重要影响因素,电阻越大,电容量越大,则电压就越大,对人体的危害程度也就越大,而且由于电磁兼容差模干扰测试对X 电容的电容量有要求,不能盲目减少X 电容的电容量,因此,工程师在设计的时候,需要在解决电磁兼容差模干扰、减少元件使用成本等问题基础上合理地减小放电电阻值。

2.4 电气间隙和爬电距离

       两个存在电压差的导电引脚在一定湿汽条件下,容易击穿中间的导电空气层,形成短路放电,导致能量通过非预定形式释放,对机器寿命、人身安全等造成重大影响和损害,因此,导电物体间的电气间隙和爬电距离是安规认证中重要的测试项目之一。

       对于整机而言,在保险丝、断路器等电路保护装置前的电源两级之间,只需要满足基本绝缘的要求即可;保护装置后直至高低压隔离元件前的的内部电路,两级之间的绝缘通常不做要求,若认为其电气间隙和爬电距离不满足标准要求,可将其短路,待保险丝动作或机器工作至内部温度稳定后所测得的温升、接触电流等试验数据合格,即可认为其满足标准要求。某些液晶电视机的供电适配器体积小,铜箔走线安排不合理,火线和零线之间距离往往不满足要求,所以我建议,拉宽火零线之间距离,合理安排保险丝位置,尽量减少电源接入点与保险丝之间铜箔走线的距离,使得火零线的布线距离受基本绝缘限制范围减小。

       对于Ⅰ类设备而言,危险带电部件与接地金属外壳、螺钉、端子等可接触导电零部件之间的距离要满足基本绝缘要求,与未接地金属外壳、螺钉、端子等可接触导电零部件之间的距离要满足加强绝缘要求;对于Ⅱ类设备而言,危险带电部件与金属外壳、螺钉、端子等可接触导电零部件之间的距离要满足加强绝缘要求;严防危险带电部件裸露部分(如滤波器和变压器的绕组等)和可触及金属零部件之间的距离过短、危险带电部件触点沿绝缘外壳散热孔延伸、可触及螺钉过长易触及危险带电部件、可触及螺钉尖锐端挤压或磨损仅用基本绝缘隔离的内部危险带电引线等现象的发生。

       初级电路与次级电路之间需要选用加强绝缘或双重绝缘的元件(如Ⅱ类结构变压器、光耦、Y 电容等)进行隔离,初次级之间的铜箔走线距离要满足加强绝缘要求。

2.5 防火

       液晶电视机的设计应最大的防止起火和火焰的蔓延,并且不应对设备的周围带来引燃的危险。从电能走向来看,电流流经各种传送线材、铜箔、发热元件等,因此,内部电源线、各种驳接电源线装置、开关电源板和高压逆变板的板材、各类质量大于4g 的小机械零部件、安装在比符合GB/T11020 的可燃性等级FV1 级低的材料上的小电气元器件、距离小于标准里表13 规定的限值的元件等,都可能成为引燃及助燃的材料。因此,在进行产品设计时,应充分考虑流经元件的电流热效应、元件间积累的热效应以及大功率元件的利用率和布局等问题。

                                                                    表1 距潜在引燃源的距离

                      


       从表1 中可以看出,对于电源接插件、电源滤波器骨架、变压器骨架、高压逆变器骨架、绝缘垫片、塑料外壳等材料,视其潜在引燃源的开路电压而制定相应的防火等级,通常情况下至少应该符合FV2 级;电源印制板和高压逆变印制板承载的元件某个连接处,工作电压往往超过50V(峰值) 或直流50V 且可得到功率超过15W,因此印制板所用基材防火等级至少为FV1。

3 结束语

       随着平板电视在我国的普及,接触液晶电视机的用户在成倍增长,产品的安全特性显得尤为重要。在提升产品性能、打造自身品牌的同时,制造厂商应当重视影响到千万用户生命安全的质量问题。在产品的设计和检测、工艺流程以及质量管理的道路上,我国制造厂商任重而道远。



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