家用電器電子電路評估試驗?zāi)芰︱炞C實施與研究

陳宇軍 石利利 宋家漢

（威凱檢測技術(shù)有限公司 廣州 510663）

引言

能力驗證[1]是利用實驗室間的比對，按照預(yù)先制定的準則評價參加者能力的合格評定活動。參加能力驗證，可有效提升實驗室檢驗檢測能力水平；并通過比對的方式，驗證實驗室相應(yīng)的測試能力；同時幫助市場監(jiān)管部門、政府部門監(jiān)控認可實驗室的持續(xù)發(fā)展。

隨著家用電器的智能化和智能家電市場的不斷發(fā)展，用戶越來越關(guān)注保護電子電路和軟件的安全性，有關(guān)家用電器電子電路和軟件評估的檢測需求、檢測實驗室對該領(lǐng)域的認可需求、以及參與有關(guān)能力驗證的需求亦在逐年上升。因此，本文結(jié)合已實施的能力驗證計劃，依據(jù)國際國內(nèi)相關(guān)能力驗證的政策和標準，對能力驗證計劃方案設(shè)計與實施過程中涉及的幾個關(guān)鍵點進行分析及探討。

1 家用電器電子電路評估試驗依據(jù)標準

本次能力驗證計劃的試驗依據(jù)GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求》的附錄Q進行[3]，具體如圖 1所示。

2 能力驗證方案設(shè)計與實施的基本內(nèi)容

能力驗證計劃的運作步驟大致如圖2所示。

圖2 能力驗證計劃運作步驟

在上述能力驗證運作步驟中，方案設(shè)計、樣品制備等是直接影響能力驗證計劃質(zhì)量的過程，確保這些過程依據(jù)既定的程序進行，是能力驗證計劃能否取得成功的關(guān)鍵。ISO/IEC 17043要求能力驗證計劃的組織者在計劃開始前應(yīng)制定文件化的方案，說明計劃的目的、目標及基本的設(shè)計情況。為此，實施機構(gòu)對實施的能力驗證項目應(yīng)進行充分的調(diào)查研究，獲取包括技術(shù)和組織等各方面的信息[2]。

3 能力驗證計劃設(shè)計與實施

3.1 樣品基本要求

3.1.1 樣品特性

本次能力驗證選取的樣品為特制的家用電器電子電路評估試驗裝置，本次能力驗證計劃的測試參數(shù)包含如下部分：

1）樣品是否具備保護電子電路；

2）樣品是否需要進行軟件評估。

3.1.2 預(yù)期的量值范圍

本次能力驗證計劃為定性計劃，預(yù)期的設(shè)計值為樣品具備保護電子電路、不需要進行軟件評估。

如圖3所示，本次試驗樣品為一個特制的家用電器電子電路評估試驗裝置，裝置由電機運行電路板、鋰電池、直流電機構(gòu)成，電機運行電路板具有兩個開關(guān)，分別為位于電路板上的啟動開關(guān)、位于電路板下的安全開關(guān)，同時電路板上帶有一個用于充電的Micro-USB接口、以及用以提示開關(guān)狀態(tài)的LED燈。

圖3 樣品及配件展示圖

樣品附帶有杜邦線、長尾夾和充電線：杜邦線用于施加元件的短路故障，長尾夾用于保持安全開關(guān)的持續(xù)閉合，充電線用于鋰電池充電（詳細情況見附件4樣品說明書）。

本次能力驗證樣品的兩個開關(guān)分別模擬家用電器的啟動開關(guān)和安全開關(guān)，后者對應(yīng)家用電器安全鎖功能。因此，本次能力驗證樣品僅在安全開關(guān)和啟動開關(guān)均動作時，電機方可啟動。

3.2 樣品設(shè)計原理

能力驗證樣品的電氣原理圖如圖4所示，特制的家用電器電子電路評估試驗裝置包含充電回路、運行回路和控制回路。運行回路由鋰電池供電，使直流電機轉(zhuǎn)動。

圖4 樣品設(shè)計電路圖

充電回路中，鋰電池通過Micro-USB接口充電，并通過三極管S8050作為充電觸發(fā)電路，以確保充電電壓、電流滿足充電額定電壓、電流時方可充電。通過芯片LP28057A，將充電電壓和電流轉(zhuǎn)換成合適于3.7 V8 A的鋰電池的充電電壓與電流，同時提供保護功能和充電狀態(tài)輸出信號。

控制回路中，在充電狀態(tài)下，樣品能否運行由充電回路的電壓電流、運行回路的電壓電流、以及開關(guān)狀態(tài)決定；在不充電狀態(tài)下，樣品能否運行由運行回路的電壓電流、以及開關(guān)狀態(tài)決定，具體如下：

HT66F0181芯片的引腳6/7/8/9/10/13/14的電平狀態(tài)共同決定引腳4/9的狀態(tài)。若引腳6/10均為低電平，即SW1和SW2均閉合，檢測工作電流引腳為高電平時，且檢測充電狀態(tài)引腳為低電平時，引腳4和引腳9將輸出高電平，此時場效應(yīng)管Q1和Q3處于導(dǎo)通狀態(tài)，電源可直接給直流電機供電。

若檢測充電狀態(tài)引腳為高電平時，則需要喚醒USB電壓、檢測USB電壓引腳均為高電平時，且滿足SW1和SW2均閉合，檢測工作電流引腳為高電平，引腳4和引腳9方可輸出高電平，此時場效應(yīng)管Q1和Q3處于導(dǎo)通狀態(tài)，電源可直接給直流電機供電。

二極管D1M7起到續(xù)流作用，用于保證直流電機的穩(wěn)定運行，同時防止電機反轉(zhuǎn)產(chǎn)生電流的回流導(dǎo)致電源受損。

3.3 樣品的均勻性和穩(wěn)定性評價

在實施能力驗證計劃時，應(yīng)確保能力驗證中出現(xiàn)的不滿意結(jié)果不歸咎于樣品之間或樣品本身的變異性。因此，必須對樣品進行均勻性檢驗和穩(wěn)定性檢驗。

3.3.1 樣品均勻性評價和判定準則

由同一檢測員按照能力驗證計劃作業(yè)指導(dǎo)書完成試驗，并對樣品在家用電器電子電路評估試驗、軟件評估必要性試驗的結(jié)果進行統(tǒng)計分析，若樣品的試驗結(jié)果均與已知值一致，即樣品均具備保護電子電路，且不需要進行軟件評估，則表明樣品是均勻的。

3.3.2 樣品穩(wěn)定性評價和判定準則

經(jīng)過環(huán)境溫濕度試驗、振動試驗之后，由同一檢測員按照能力驗證計劃作業(yè)指導(dǎo)書完成試驗，并對樣品在家用電器電子電路評估試驗、軟件評估必要性試驗的結(jié)果進行統(tǒng)計分析，若樣品的試驗結(jié)果與均勻性檢驗結(jié)果一致，則表明樣品穩(wěn)定。

3.3.3 樣品的抽樣時機、抽樣方式和數(shù)量

均勻性檢驗：本次能力驗證樣品均勻性評定在被包裝成最終形式之后，發(fā)給參加者之前進行，對能力驗證樣品進行全檢。

穩(wěn)定性檢驗：樣品發(fā)出之前，經(jīng)過環(huán)境溫濕度試驗、振動試驗后，對樣品進行穩(wěn)定性檢驗；樣品回收之后，對樣品進行穩(wěn)定性驗證，從而保證樣品在能力驗證實施過程中的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性檢驗的抽樣量通常為3個或者3個以上，本次能力驗證計劃隨機抽取3個樣品進行穩(wěn)定性檢驗。

3.4 能力驗證作業(yè)指導(dǎo)書設(shè)計

3.4.1 測試步驟

1）詳細閱讀樣品說明書，并檢查樣品是否齊全，同時將樣品放置在溫度為15～25 ℃、相對濕度為15～65 %的環(huán)境下靜置2 h；

2）開始測試前，請給樣品充電10 min，以確保試驗過程中保持充足的電量。試驗過程中切勿充電；

3）充電結(jié)束后給樣品散熱約5 min，以保證樣品與實驗環(huán)境的熱平衡；

4）根據(jù)樣品說明書，檢查樣品功能是否正常；

5）根據(jù)標準GB 4706.1條款19.11.2評估電子電路，本次試驗需要考慮的故障情況僅限于3.4.2問題1的表格所呈現(xiàn)的4個故障?？梢詢H進行理論分析，亦可動手對樣品施加故障試驗。分析/觀察施加故障情況下，分別在安全開關(guān)閉合和斷開的條件下啟動樣品時，電機能否啟動，填寫附件2問題3的表格，并判斷樣品是否具有保護電子電路，填寫分析過程并將結(jié)果填入附件1中；

6）必要時，根據(jù)標準GB 4706.1條款19.11.3對樣品進行雙重元件故障試驗，本次試驗需要考慮的故障情況僅限于3.4.2問題2的表格所呈現(xiàn)的4個故障?？梢詢H進行理論分析，亦可動手對樣品施加故障試驗。分析/觀察施加故障情況下，分別在安全開關(guān)閉合和斷開的條件下啟動樣品時，電機能否啟動，填寫附件2問題4的表格，判斷樣品是否需要進行軟件評估，填寫分析過程并將結(jié)果填入附件1中。

注：

1）本次計劃只涉危險運動部件（直流電機）保護的考核，不考核電機堵轉(zhuǎn)、溫升、著火和防觸電等判定條件，且不涉及任何其他GB 4706.XX系列標準的特殊要求。

2）理論分析、單一故障試驗、雙重元件故障試驗需要考慮的故障范圍均僅限于附件2的表格所呈現(xiàn)的所有故障。

3.4.2 結(jié)果填報

1）請貴實驗室根據(jù)理論分析結(jié)果或施加的單一故障試驗結(jié)果，填寫表1，并分析樣品是否具備保護電子電路，填寫分析過程；

表1 單一故障試驗過程調(diào)查表

2）請貴實驗室根據(jù)理論分析結(jié)果或施加的單一故障試驗結(jié)果，判斷是否需要進行試驗步驟6，若有必要進行試驗步驟6的雙重元件故障試驗，請進行理論分析或?qū)嶋H施加雙重元件故障試驗，根據(jù)理論分析結(jié)果或試驗現(xiàn)象，填寫表2；并分析樣品是否需要進行軟件評估，填寫分析過程。

表2 雙重故障試驗過程調(diào)查表

4 能力驗證技術(shù)分析及建議

4.1 樣品電路原理圖的應(yīng)用建議

本次能力驗證計劃作業(yè)指導(dǎo)書中提供了樣品關(guān)鍵電路的電氣原理圖，根據(jù)標準GB 4706.1的19.11條款的注1規(guī)定：“在對器具進行保護電子電路評估時，可以先對器具和其電路圖進行檢查和分析，揭示出那些必須模擬的故障情況，以便能把試驗限制在預(yù)期可能出現(xiàn)最不利結(jié)果的那些情況?！辫b于本次計劃設(shè)計的故障點是相對容易進行理論分析并直接得出結(jié)果的，實驗室可以根據(jù)樣品的電路原理圖進行理論分析，直接得出施加短路故障情況下樣品啟動情況，而不必進行實際的短路施加試驗。

實際施加短路試驗得出的結(jié)論在理論分析較難的情況下可信度較高，但在實際進行測試時，若試驗器具、施加故障和進行測試的過程相當復(fù)雜，則對樣品的所有關(guān)鍵元器件進行故障測試需要花費較多時間。另外，由于試驗樣品數(shù)量限制，可能會漏做關(guān)鍵的故障試驗，從而影響最終判定。因此，能力驗證計劃組織方鼓勵參加者首先分析電子電路原理圖，在動手進行故障試驗前，充分分析被測樣品的原理，包括但不限于：

——電源供給部分；

——產(chǎn)品主干線路；

——小信號控制主干線路信息流；

——必要時下載主控IC的說明書進行閱讀。

理論分析結(jié)合動手實踐，有利于充分地評估被測產(chǎn)品的電子電路，若能直接得出結(jié)論，則可不進行實際的故障試驗，從而提高檢測效率。

4.2 軟件評估必要性判斷問題

在判斷樣品具備保護電子電路后，根據(jù)標準GB 4706.1-2005或IEC 60335-1:2004的附錄Q《電子電路評估試驗程序》，在按照上述標準的19.11.2條款中a）～ f）的故障要求施加故障的基礎(chǔ)上，再對保護電子電路進行19.11.2 a）～ f） 要求的故障試驗，若保護電子電路依舊動作，或采取了其他措施使得試驗器具依舊正常運行，則需要進行軟件評估。

對本次計劃而言，由于在施加單一故障的基礎(chǔ)上，對樣品再次施加短路故障后，樣品在安全開關(guān)斷開的情況下自動啟動。從產(chǎn)品安全功能實現(xiàn)的角度來說，由于電機的啟動和暫停都不受安全開關(guān)的控制，存在明顯的機械傷害風(fēng)險，無法依賴保護電子電路降低或避免危害的發(fā)生，故需要通過控制芯片實現(xiàn)進一步的軟件保護。但就本次計劃而言，無論樣品是否采取了集成電路來進行軟件控制和軟件保護，由于在進行二次故障實驗時，保護電子電路失效，因此不需要進行軟件評估。

5 結(jié)論

本文結(jié)合已實施家用電器電子電路評估試驗?zāi)芰︱炞C計劃方案中的“樣品設(shè)計與制備”、“均勻性和穩(wěn)定性檢驗”、“能力驗證作業(yè)指導(dǎo)書”、“能力驗證技術(shù)分析及建議”等關(guān)鍵點對能力驗證計劃的設(shè)計實施進行了分析和探討，并對“電路圖分析”、“軟件評估必要性判定”等方面給出相應(yīng)的技術(shù)建議，期望能為其他PTP機構(gòu)提供參考，以便完善已有的能力驗證計劃，提升能力驗證項目的質(zhì)量。