本安认证电路设计
1、电源设计上的电容要求
参考GB/T 3836.4 的表A.2 电压和设备类别相对应的允许电容

Ⅰ类设备,额定输入电压12V时,1.5倍安全系数时的电容限值为38uF。

设备内部存在12V升压到22V的升压电路,留有余量的情况下,按24V算,允许电容为5.25uF

设备内部还存在12V转5V,转3.3V,5V转1.8V,1.5V,1.2V等等各种低压电路,按这个表算,这些低电压的电源部分,无需对电容进行限制。
2、电源设计上的限压限流
12V------升压-----22V
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│-----降压-----5V
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│ │-----3.3V
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│ │-----1.8V
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│ │-----1.5V
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│ │-----1.2V
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│ ……
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│-----降压-----3.3V
- 12V电容不超过38uF
- 22V电容不超过5.25uF
- 5V和3.3V以及后级的更低电压的电源电容不做限制
这里需要考虑另外一个点,如果降压芯片损坏,后级电源与前级12V短路怎么办?
例如,如果5V和12V短路,5V上的电容就直接加在了12V上,由于5V没做电容容值限制,这时候12V的电容会明显超标。因此需要在12V的两个降压电路后级,也就是5V和3.3V上增加限压电路。
升压电路同理也要先加限压电路,还有另外一点,由于升压电路的拓扑结构(12V到22V之间有个正向的二极管),决定了升压电路后级的所有电容,需要被计算在前级的12V上。所以计算12V电源网络上的电容时,要将22V电源上的电容一同加上。
参考GB/T 3836.4 的表A.1 电压和设备类别相对应的允许短路电流

12V及以下没有相关要求,因此,仅需对升压电路做限流限制。实际使用22V,我们是按24V标准设计的,因此按24V限流704.7mA设计限流即可。
本安认证代理方给的建议是,在国标限值的基础上再留有余量,基本上就是再砍半。标准700mA限流,就只做350mA限流;标准限定38uF,实际限值到19uF。这样能保证通过测试,如果影响到性能,到时候测试的时候根据情况再增加电容测试。
3、火花测试
本安火花测试,以22V为例。
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将22V的电源和地飞线拉出来,接入火花机进行短路测试,若能点燃混合气体意味着测试失败。
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将22V电源在板上找地方切断,切断的两边飞线出来接入火花机进行短路测试,若能点燃混合气体意味着测试失败。(所以电源上最好预留一个串接电阻,方便取下来飞线测试)
有一点比较坑的是,短路测试触电是在火花机转盘上,转盘转速虽然可调,但基本上也都在80r/min左右,并且会用示波器监测这个电压值。也就是说,这个电压在短路之后进入保护状态,再恢复电压输出的这个时间不能太长,基本上要保证100ms以内可以恢复。我最开始做的限流保护,是限流后断开,如果需要恢复的话,必须要断电重启,这种方式理论上来说是更加安全的,但是本安测试不行,必须连续不断触发限流,保证不会打火点燃气体。

4、绝缘耐压
使用绝缘电阻表,测试外壳地与电源、地、信号之间的绝缘电阻,要求大于10M。
这里使用的是绝缘电阻表,而不是万用表。我手上的绝缘电阻表是摇表,要求是120r/ min的速度摇把手,看指针所指的电阻是多少。
- 如果电路上有设计G和GND之间加1M或者10M电阻,是明显不能通过测试的。解决办法就是去掉这些电阻。
- 如果PCB板上表层铺铜了、走线了、打过孔了,然后这些地方与金属结构有贴合,也就是说板内铜箔和外壳G之间,只有一层薄薄的PCB绿油隔开,这种情况也是测不过的,可以看到明显的闪络。临时解决办法就是,贴一层高温胶带;根本解决办法就是,PCB设计时避开结构这些地方。

5、漏电流
使用专门的漏电流测试仪器测试,电压设置500V,漏电流设置5mA,超过5mA为测试不通过。一端夹外壳地,另一端夹电源、地、信号等。
这个测试和上面的绝缘电阻很相关,如果上面的绝缘电阻测试ok,这一项基本没问题。
但是有一点,如果电路上有和G之间的电容,绝缘电阻没问题,但是漏电流会测不过。
简便评估办法:
$$Ic=\frac{V}{Xc}$$其中:
$$Xc=\frac{1}{2 \pi fC}$$带入计算在500V,50Hz,5mA要求下,C大概为31nF。
6、输出信号限压
输出信号需要限压,这个设备输出只有一个百兆网口,正常来说,网口在网变内侧的信号上做好限压,由于网变匝比是1:1,输出就是对应限制在电压内的。但是代理要求在网变外侧,也就是网变到RJ45侧的信号,增加对板内GND的5V稳压管,限流电阻,保险丝🙃。
我曾据理力争过,但是迫于强权,不得已加上了稳压管。网变的隔离作用完全被破坏,相关的防护也会失效,外部干扰可以直接进入板内,导致在强干扰环境下网络丢包及其严重。
目前这一部分还没有找到好的解决办法,网上查到的专利里面的电路,也被代理否了🙃。
