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正本清源——曝光一条遗患无穷的电子安规测试标准
爱因斯坦的警世名言说过:'宇宙中唯有两件事物是无限的:宇宙的大小与人的愚蠢,我不能确定的是宇宙的大小。”

  人类真正的愚蠢,往往并不在于明显的智商余额不足,而在于高智商的人们常常挟带着智商优越

  感想当然的认为:任何智商正常的人,尤其象(IEC)以及( IEEE)中那些严谨、顶级的高智商专家,更决不

  会犯下原理极其简单的低级错误。

  三星因为不得不全球召回NOTE 7手机,到目前为止,至少已经付出了170亿美圆的代价,而这

  笔巨大的损失,就是和这里正式曝光的一个普遍存在于充电器等开关电源产品中的基因式缺陷直接

  相关!当然,不仅仅只有三星,所有品牌的手机充电爆炸事故,以及各种电动自行车的充电爆炸事故,都

  与这一隐蔽但致命的基因式缺陷直接相关!

  追本溯源,这又和全世界一直都在盲从而不加质疑地执行一条错误的安规检测标准直接相关,这注

  定了所有开关电源都100%一定会存在一个基因式的致命缺陷,最终成为了一条让全世界电子行业都

  处于灯下黑而不自知的祸根。由此引发了多少事故,导致多少损失,又直接或间接的造成多少灾难与多

  大的资源浪费,真的实在是难以统计,但可以断言,那些到处堆积如山的电子垃圾,相当大一部分就是因

  为这个长久以来一直被忽视的错误,这个错误简直就是电子(电源)行业的百年之殇。

  【只有修正错误,才能赢得未来】

  这是一项无数的电子技术专家与电子工程师都从不怀疑其正确性的错误安规标准。

  也是一项无数的电子技术专家与电子工程师都可以亲自实验验证的错误安规标准。

  敬请大家认真而用心地关注这里所要公开的一项涉及全球电子行业的安规标准错误所在,在每个

  与之密切相关的电子产品制造企业中对此作出修正,将会立杆见影的得到非常直观与可观的切身经

  济利益:

  一、提高产品良品率,降低生产成本;

  二、降低产品返修率,大幅度降低售后成本(隐患总是在用户使用过程中陆续爆发);

  三、产品稳定性、可靠性、使用寿命明显提高,企业的品质形象也随之得到提高。

  对于全球性的巨大社会利益,表现在:

  一、相关的电子产品在淘汰之后,电子零部件可重复利用率大幅度提高;

  二、明显降低各种与之直接相关的设备事故率,也就降低了由此导致的各种伤害事故与财产损

  失。——譬如电动自行车充电爆炸引起的楼宇火灾,和频繁发生的手机充电爆炸伤害事故等;

  三、由于使用相关电子设备寿命的有效延长,将会明显减缓电子垃圾的产生,有效避免物质资源

  的巨大浪费,也将明显减缓并有望扭转整个生态环境的恶化趋势。

  由于最广泛地涉及了全球的电子行业,因此带来的全球性的经济利益和社会利益必将是空前的。

  在以下所列出的安规标准文献中,都无一例外的存在一项针对电子产品的错误安规检测标准:

  (1)中国国家标准文献:GB4943-2001

  (2)欧盟标准文献:EN 60950

  (3)国际电工委员会标准文献:IEC60950-1999

  (4)UL标准文献:UL60950

  这一条沿用了近百年的安规标准,当属低级谬误中的经典,它和地球人的日常息息相关:及目所见,

  触手所及,都是这个标准下的缺陷产品:电视,冰箱,空调,台式电脑,洗衣机,笔记本电脑,通信基站,充电

  桩,电信电力设备等......凡使用交流电源的电器设备,无一例外!整个电子世界事实上就是一座不折不扣

  的比萨斜塔!

  甚至,让三星的NOTE 7手机因为爆炸而不得不全球召回,损失上百亿美圆的爆炸门灾难,都可以

  追本溯源,在这一条安规标准里找到根源。当然,也是所有手机充电爆炸以及各种电动自行车充电

  爆炸事故的总根源。

  这一条看上去不显山不露水的,简单到无数人懒得去审视和验证的安规测试标准,最终成为了一

  条让全世界电子行业都处于灯下黑而不自知的祸根。由此引发了多少事故,导致多少损失,又直接或间

  接的造成多少灾难,真的实在是难以计数:简直就是电子(电源)行业的百年之殇。

  在UL 60950 标准文献中,这一条标准的叙述文本内容是:

  Equipment is considered to comply if any capacitor having a marked or nominalcapacitance

  exceeding?0,1 μF?and in circuits connected to the AC MAINS SUPPLY or the DC MAINS SUPPLY

  has a means of discharge resulting in a time constant not exceeding:

  1 s for PLUGGABLE EQUIPMENT?TYPE A; and 10 s for PERMANENTLY CONNECTED

  EQUIPMENT and for PLUGGABLE EQUIPMENT?TYPE B.The relevant time constant is the product

  of the effective capacitance in microfarads and the effective discharge resistance in megohms. If it is

  difficult to determine the effective capacitance and resistance values, a measurement of voltage

  decay at the point of external disconnection can be used.

  NOTE During an interval equal to one time constant, the voltage will have decayed to?37 %?of its

  original value.

  在中国国家标准文献 GB4943-2001 中的叙述文本内容是:

  2.1.1.7 一次电路的电容器放电

  设备在设计上应保证在交流电网电源外部断接处,尽量减小因接在一次电路中的电容器贮存有电荷

  而产生的电击危险,通过检查设备和有关的电路图来检验其是否合格.检查时考虑到断开电源时通/断

  开关可能处于任一位置, 如果设备中有任何电容器,其标明的或标称的容量超过0.1uF,而且接在一

  次电路上,但该电容器的放电时间常数不超过下列规定值,则应认为设备是合格的: ——对A型可插

  式设备:1秒;和 ——对永久性连接式设备和B型可插式设备:10秒。 有关时间常数是指等效电容

  量(uF)和等效放电电阻值(MΩ)的乘积,如果测定等效电容量和电阻值有困难,则可以在外部断接点测

  量电压衰减,

  注:在经过一段等于一个时间常数的时间,电压将衰减到初始值的37%。

  这些现行的安规标准规定,在所有电器设备的交流电源输入端,所接入的X电容旁边必须并联一

  个放电电阻的最初原因是——为了避免拔掉电源线时接触到金属插头的人体不被电容上残留的过高

  电压所电击伤害,从而导致后续可能的难以预测的相关人身伤害。

  真正的实质问题随之而来了:

  为了理解上的直观和便利,这里引入一个应用最为广泛的开关电源常见输入部分的电路图为基

  础,做一次全面的叙述:

  


  常用开关电源交流输入电路

   在电子产品一次侧电源端接入的电容与电阻并联之后,这个阻容电路相连接的电路里,在交流

  电的每个上半周期与每个下半周期,电容上的电压的极性都会随交流电的变化而变化,从正到负再

  从负到正,周而复始的交替出现。

  因此,如果并联的放电电阻与电容的时间常数乘积不能小于等于交流电的半周期时间,即远大

  于半周期时间的话(R*C>>1/2F,按照规定的最短时间标准,1秒是交流半周期时间的100

  倍!),则电容上必然大部分保留有上半个正周期里充电得到的正电压,在下半个负周期里,对电

  容充电的是负极性电压,两种极性完全相反的电压必然先中和,使电容上的电荷归零,然后再充进

  负极性电压,这就必然导致电容从电源吸取额外的电流来满足中和的需要,从而引起电源部分的电

  流异常波动,最后结果是激荡出尖峰高电压,对整个电路产生致命威胁。——“使整个电子行业处于

  灯下黑而不自知的祸根”就是这些因此而激荡出的尖峰高压干扰产生的冲击。尤其在电源插头插拔,

  电源开关打开和关闭瞬间所产生的电火花必然存在频谱丰富的干扰谐波的情形下,以及雷击给电网

  所带来的强浪涌冲击的情形下将更为凶险。

  而极其荒谬的事情是,虚线框内所表示的是最基本的EMI(电磁干扰)滤波器,其中的放电电阻

  通常也是遵循上述1秒放电到30%额定电压的规定,有些EMI滤波器内部的X电容边上,甚至没有并

  联放电电阻。

  之所以在电源电路中接入X电容以及EMI滤波器,原始目的是用来抑制电磁干扰的,恰恰因为忽

  视和违背了应用于交流电场合时应该遵循的电子学基本原理,并联接入的放电电阻阻值太大,实际

  的客观效果上却成为了电磁干扰发生器,使用效果上不仅大打折扣,并且直接成为了整个电路乃至

  设备本身癌症一样的致命隐患。

  因此,正确的时间常数公式必然只能是:R*C≤1/2F。(F为交流电频率。)

  接下来叙述一下为何常用的后级电路部分所采取的有关措施只起到了有限的作用。


  开关电源常见尖峰干扰吸收电路

   如上图所示,为了兼顾整个电源效率,需要控制吸收电路的自身功耗,这使得这一类的吸收电路基

  本只能有限的吸收变压器的漏感能量,对于来自电网一侧的尖峰高电压以及由阻容并联电路激荡而产

  生的尖峰高压的吸收能力就极其有限了,因此从电源输入端引入的尖峰电压干扰,在经过这个“阻容

  式干扰发生器”不遗余力地推波助澜之后,不能被吸收掉的那部分尖峰将直接由这个功率变换电路向

  后级传送,持续对后级电路施加干扰冲击!富有效率地加速设备老化失效的进程。

  在这样的情形下,尖峰高电压持续的冲击极可能导致的,基本是以下几种结果了:

  1)开关管被加速老化,最后因不能承受高压而损坏;

  2) 开关管可能暂时完好,但后级低压工作电路中最脆弱的关键器件间歇性失常或损坏;

  3)开关管与后级电路同时损坏。

  以上每一种情况都可能会导致如充电保护电路、电池,功能控制电路等,被尖峰冲击失常导致系统

  复位或者关键器件损坏,如果引起充电电池瞬间高压击穿短路起火,发生恶性爆炸事故就基本不可

  避免了。 在第二种情形中,通常会让人们造成一种错觉:即认为电源品质没有问题,完全是后级电路损

  坏的器件自身品质不良(或者电池本身质量不良)引起的。

  有兴趣验证的人士请亲自做一下简单实验,在2个1uF/275VAC的X电容2端分别并联1兆欧姆

  (0.25瓦)和10K欧姆(5瓦)的电阻,然后分别依次接上电源插头在220V市电插座上插拔一下,然

  后迅速拿开脱离电源——您将会准确的观测到高阻值并联的电容两端会出现超过600V的高压残留

  (此为数字万用表得到的有效值,示波器得到的峰值会更高),而并联小阻值的电容两端将不会出

  现超过400V的残留高压。

  ——这一实验证明:想当然的通过简单的加减乘除法计算得到在无浪涌无干扰的情况下,电容上不

  可能存在二倍以上220V电压有效值的结论是经不起实证的。

  读者应该会注意到,减小并联电阻阻值的同时,需要增大电阻的功率,原理更简单了,电阻阻

  值的减小自然增加了流经电阻的电流,增大了功率消耗,但增加了这点必要的功耗换来在可靠性,

  稳定性及使用寿命等全面而明显的改善结果,是与原理相符的。

  打一个有趣而恰当的比喻:这个阻容电路好比一条看门狗,喂饱了它,它就能忠实的看家护

  院,让它饿着,它就立即变成一条反噬的凶残饿狼。——而极为不幸的现实是:世界上的无数家庭

  及许多的公共空间,已经布满了无数只这样的饿狼。

  举例来说,这一全面回归电子学基本原理的的时间常数公式,目前最为成功和经典的应用,就

  是在阿尔达恒温烙铁中的应用,尽管接入的100K欧姆的放电电阻消耗了约0.5瓦的功率,但阿尔达恒

  温烙铁本身却成为目前整个行业中最省电,能效比最高的恒温烙铁,并且因为拥有极其出色的焊接

  效率而成为优秀恒温烙铁中的佼佼者。其中所使用的391型压敏电阻,在过去超过8年的烙铁产品使

  用中,确认并未存在老化而失效的案例。

  结论:

  只要电器设备的交流电源输入端需要接入X电容用于吸收来自电网电源端的干扰,就必然回避不了

  这个全面回归和遵循电子学基本原理的时间常数公式。而目前世界上几乎所有使用交流电源工作的

  电子设备中,都可以简单而方便的对这个电阻进行改换,便立即可以使这些设备处于非常稳定安全

  的电源环境中,将会立杆见影地使所有相关电源及其电子设备在可靠性,稳定性及使用寿命等方面

  得到全面而彻底的改观。需要特别督促的是:国际电工委员会(IEC)以及电气和电子工程师协会

  ( IEEE)等相关机构,应该尽快完成对相关安规标准正式修订,你们真的欠世界一个认真的道歉与

  忏悔。

  至此,我们甚至完全可以有足够的理由乐观预见: ——世界上将因此而显著减少各种电器(电气)设

  备故障与事故,以及减少由于这些设备明显延长使用寿命而推迟产生的电子垃圾,以及与之紧密关联的

  生态环境灾难.....

  而整个业界所需要付出的努力,居然只是举手之劳——立刻把这个公式应用到产品设计与生产中

  去,整改便捷,成本低廉!

  请问: ——何乐而不为?

  最后,我们不认为可以因为对金钱财富无度的贪婪而有意无意的加快电子产品更新换代速度的行为

  能够被继续容忍和宽恕,在人类确信自己能够挣脱地球的束缚,并确定可以在宇宙中找到新的家园之前,

  没有理由不善待地球。

  上帝的本意或许有二:

  其一:在人类真正学会善待地球之前,休想找到新的星球家园。

  其二:就给你一个地球玩儿,禁止跨界,自己看着办。

  附——相关思考题: 通常220V交流电源最大峰值电压只有374V左右,但电路电源端的防浪涌过压保护

  为什么却通常选择了471型压敏电阻?


  

  这个完全回归电子学基本原理的阿尔达时间常数公式,如同这一株生机无限的新芽,值得地球人真心点赞!

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