案例問題

某USB果汁杯，使用USB線充電，充滿電拔掉USB線后，內部3.7V電池供電直流電機完成打果汁功能。

電氣原理圖局部如圖1所示。

圖1  電氣原理圖局部

（圖片來源于網絡）

該產品在GB?4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求》標準19.11條款模擬故障試驗短路二極管D試驗中，鋰電池著火，不符合19.13條款“器具不應噴射出火焰”的要求。

為什么會出現著火的情況?

案例分析

筆者個人認為，產品沒有采用自身耐短路的電池是主要原因之一。

電路原理

打果汁狀態主干電路為電池正極→電機M→MOS管Q3→MOS管Q1→電流取樣電阻R7→電池負極。

小信號控制主干電路流程：

用戶長按控制面板電源按鍵2?s后，主控IC輸出信號驅動MOS管Q1導通，短按電源按鍵則停止驅動，Q1截止。

如果產品正在USB充電和/或主干電流過大，則主控IC停止MOS管Q3驅動信號，Q3截止；反之，產品不在充電狀態并且電池電壓正常、主干電流正常，則主控IC驅動Q3導通。

D1反向并聯在有刷直流電機正負極兩端，為電機斷電瞬間產生的過壓脈沖提供續流的路徑，防止擊穿驅動電路。電機正常運轉時，D1呈反向截止狀態，并不起作用。

產品還有主控芯片IC、充電控制IC、顯示電路和電池電壓監測電路等，不再贅述。

電子線路非正常故障試驗

根據GB?4706.1-2005標準19.11.2條款，模擬短路續流二極管D1，主干電流經取樣電阻R7取樣，經R3送主控IC，經內部判斷為過流，啟動過流保護程序停止驅動Q3，切斷主干電流。產品沒有明顯的溫升，符合19.13判定條款的要求。

由于上述試驗中R7、IC、Q3等“保護電子電路”起作用，需要追加19.11.3 條款“雙重失效”試驗，即：

19.11.3 = 保護電子電路19.11.2模擬故障（例如Q3的S-D極短路） + 重復先前試驗（續流二極管D1短路19.11.2）

圖2  短路狀態電路圖

此時主干電流從電池正極，經短路的D1、短路的Q3，MOS管Q1和取樣電阻R7，回到電池負極，相當于負載短路了而且防過流保護電路同時失效了，如圖2所示。

案例問題的果汁杯試驗結果電池起火，初步估計采用的鋰離子電池內部沒有保護電路板。

改進的思路可能有：

●更換鋰電池，要帶過流保護模塊的。

●D1改為兩個二極管串聯，使得不可能兩個二極管同時短路；

●主干電路增加電流保險管。

當然還有其他的改進方法，萬變不離其宗：任何電子元件失效，產品可以“不工作”，但不應導致產品“危險”。

標準條款

GB?4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求》（IEC?60335-1:2004，IDT）標準

19.11.2 要考慮下列的故障情況，而且如有必要，要每次施加一個故障，并考慮隨之發生的間接故障。

a) 如果電氣間隙和爬電距離小于第29章中的規定值，則功能性絕緣短路；

b) 任何元件接線端處開路；

c）電容器的短路，符合GB/T 14472(idt IEC 60384-14）的電容器除外；

d) 非集成電路電子元件的任何兩個接線端處的短路，該故障情況不施加在光藕合器的兩個電路之間；

e）三端雙向可控硅開關元件以二極管方式失效；

f) 集成電路的失效。要考慮集成電路故障條件下所有可能的輸出信號。如果能表明不可能產生一個特殊的信號，則其有關的故障可不考慮。

注 1：如可控硅整流器和三端雙向可控硅開關元件那樣的元件，不經受f)故障情況。

注 2：微處理器按集成電路進行試驗。

如果電路不能用其他方法評估，故障情況 f)施加到封裝的和類似的元件。

19.11.3如果器具裝有使器具符合第19章要求的保護電子電路，則按19.11.2中a）~g）的要求，相關試驗以模擬單一故障的方式重復進行。

注：按照19.13要求對試驗結果進行判定。

19. 13 在試驗期間，器具不應噴射出火焰、熔融金屬、達到危險量的有毒性或可點燃的氣體，且其溫升不應超過表9中的規定值。

試驗后，當器具冷卻到大約為室溫時，外殼變形應符合第8章的要求，而且如果器具還能工作，它應符合20.2的規定。

表9 非正常溫升的最大值

除Ⅲ類器具外的絕緣冷卻到大約為室溫，應經受16.3的電氣強度試驗，但是，其試驗電壓按表4的規定進行設定。

注：在電氣強度試驗之前，不進行15.3規定的潮濕處理。

對在正常使用中浸入或充灌可導電性液體的器具，在進行電氣強度試驗之前，器具浸人水中，或用水充灌，并保持24 h。

如果器具仍然是可運行的，器具不應經歷過危險性功能失效，并且保護電子電路應不得失效。

被測器具處于電子開關“斷開”位置或處于待機狀態時，不應變得可運行。