基于IC內(nèi)置泄放電路的皮膚美容器具插頭殘余電壓防觸電的研究與分析

黃凱杰 葉芷瑜 陳燦坤

（威凱檢測技術有限公司 廣州 510663）

引言

越來越多的皮膚美容器具使用適配器來為功能部件供電，大部分產(chǎn)品都是使用開關電源適配器。很多安全標準規(guī)定，如UL 1950、IEC 61010-1和IEC 60335-1，要求插頭從電源插座拔出后在規(guī)定時間內(nèi)插頭插銷之間殘余電壓降低至安全水平。通常產(chǎn)品內(nèi)部濾波電容器會并聯(lián)泄放電阻，這會導致待機功率損耗。隨著開關電源功率增加，EMI濾波電容器也會增大，需要更小電阻值的泄放電阻維持相同的放電時間。在大功率應用中，這通常會導致更多的功耗，難以滿足日益收嚴的待機功耗0.5 W的法規(guī)要求。

為了應對待機功耗的法規(guī)要求，市場上有部分皮膚美容器具取消濾波電容的泄放電阻，改為開關電源芯片IC內(nèi)置泄放電路，部分產(chǎn)品雖然通過安規(guī)標準相關試驗，但是仍有消費者抱怨產(chǎn)品插頭殘余電壓過高有“麻手”觸電的危險，亟待進一步分析研究導致這一防觸電危險的原因。

1 對比試驗方法

選取某皮膚美容器具為研究樣本，其開關電源適配器額定值為：輸入100～240 V～ 50～60 Hz 0.5 A，輸出12 V 500 mA，內(nèi)部結構如圖1和圖2所示。IC內(nèi)置有泄放電路。

圖1 開關電源適配器內(nèi)部結構

圖2 開關電源適配器PCB線路板

皮膚美容器具以額定電壓220 V供電，然后將其任何一個開關置于“斷開”位置，器具在不同的電壓值斷開電源，包括正峰值或負峰值310 V，瞬時電壓280 V、150 V、100 V、70 V，采用示波器連續(xù)監(jiān)測斷開電源后插頭插銷間的殘余電壓，并讀取1 s時的電壓值。

2 試驗結果

對比試驗結果表明，在電源電壓峰值時拔出插頭斷開電源，則插頭殘余電壓迅速下降，1 s時約為2 V，小于IEC 60335-1:2016 Ed5.2《家用和類似用途電器的安全第1部分：通用要求》標準的34 V限值，如圖3所示；如果電源瞬間電壓101 V時拔出插頭，則插頭殘余電壓緩慢下降，1 s時約為100 V，超過34 V限值，如圖4所示。

圖3 插頭殘余電壓下降曲線

圖4 插頭殘余電壓緩慢下降曲線

類似的，對比試驗結果表明在正峰310 V、負峰-310 V、-280 V、-150 V等拔出插頭斷開電源，插頭殘余電壓快速下降，而在+103 V、-103 V、-70 V等拔出插頭斷開電源，插頭殘余電壓緩慢下降，1 s時殘余電壓遠遠超過限值34 V。

3 結果分析

為什么會出現(xiàn)同一個產(chǎn)品由于拔出插頭瞬間電壓不同導致插頭殘余電壓結果迥異?

據(jù)帶泄放電阻的開關電源芯片技術規(guī)格書和相關文獻資料[1]介紹，開關電源（SMPS）前端的EMI濾波器通常包括一個并聯(lián)在相線和零線之間的X2電容器，如圖5所示。

圖5 EMI無線電干擾抑制電路和內(nèi)部帶泄放電路的開關電源芯片

而采用了AX-CAP技術開關電源芯片IC使得只有在插頭從電源插座拔出時才智能地使X濾波電容器放電。由于AX-CAP放電電路在正常工作時被禁用，EMI濾波器中泄放電阻的功率損耗實際上可以消除，開關電源待機功率可實現(xiàn)0.25 W，典型電路原理圖如圖6所示。

圖6 開關電源電路原理圖

該開關電源額定輸入電壓100～240 V，帶有欠壓和過壓保護，可以在85～265 V電壓下正常工作。值得指出在拔出插頭后的短時間內(nèi)，由于整流橋后大容量濾波電容供電，開關電源芯片和開關變壓器仍可短時間工作，拔出插頭的時機對最后插頭殘余電壓結果：

圖7 拔插頭時機影響放電速度

IEC 60335-1:2016 Ed5.2《家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求》標準22.5條款只是要求在“電源峰值”斷開電源，沒有考慮“IC欠壓保護狀態(tài)內(nèi)置泄放電路也不工作”的特殊情況。

從用戶體驗角度，有的用戶拔插頭瞬間電容器儲電電壓較高，放電迅速，1 s后手摸到插頭兩金屬銷片沒有感覺，反之有的用戶拔插頭瞬間電容器儲電電壓較低（如100 V），放電緩慢，1 s后手摸到插頭兩金屬銷片輕則有麻電感覺重則有刺痛感，安全保護防觸電水平不可接受。

結合原理分析可知，器具在IC芯片欠壓情況下，存在無法有效地接通泄放電路的可能，也即存在器具拔開插頭1 s后，插頭殘余電壓無法泄放到符合標準限值要求，產(chǎn)品不合格。

由于現(xiàn)行國內(nèi)和國際安全標準22.5條明確規(guī)定插頭殘余電壓測試是在器具電壓峰值時從電源斷開，未考慮到新技術的出現(xiàn)將導致產(chǎn)品滿足標準測試要求卻可能存在的不合格情況。因此建議在下一次標準修訂時22.5條追加試驗，在最后一段后增加如下要求：

如果開關電源IC內(nèi)含有X電容泄放電路，器具也要在額定電壓供電，在電源瞬間電壓為IC欠壓保護動作閥值以下的最大電壓斷開電源進行試驗。

注：例如輸入電壓100～240 V，使用說明宣稱可在85～265 V正常工作，電源低于85 Vrms將保護不工作，欠壓保護閥值是85 V ×1.414 = 120 V，在電壓低于120 V瞬間斷開電源，IC內(nèi)部泄放電路可能不工作，結果可能更不利。

內(nèi)置泄放電路設計存在隱患的主要原因是IC芯片存在欠壓保護不工作，導致泄放電路無法正常接通泄放。筆者認為改進設計思路包括但不限于：

1）加裝針對泄放X電容小于電源瞬間電壓為IC欠壓保護動作閥值以下的最大電壓的泄放電阻，一方面保證芯片不工作時提供X電容泄放通路，另一方面不需要像泄放X電容220 Vrms（峰值311 V）高電壓那樣高功耗的泄放電阻，滿足待機功耗的要求；

2）針對IC欠壓保護不工作情況，改進IC設計，如增大IC VDD端的儲能電容，在任何電壓下電源斷開都強制接通內(nèi)部泄放電路，對X電容進行放電。

4 總結

皮膚美容器具采用內(nèi)置開關電源IC芯片內(nèi)泄放電路，能更好的滿足待機功耗相關法規(guī)要求，由于欠壓保護優(yōu)先于斷電后泄放存在產(chǎn)品拔出插頭殘余電壓過高的防觸電隱患。而且這一現(xiàn)象在采用同類適配器的其他家用電器也普遍存在。

現(xiàn)行安規(guī)標準相關條款也未考慮此種情況，建議生產(chǎn)企業(yè)改進現(xiàn)有技術方案，即使在欠壓保護情況也優(yōu)先泄放確保使用者的安全，建議修訂家用電器通用要求標準，追加欠壓保護條件下插頭殘余電壓的試驗方法。