車載電源逆變器產品質量安全風險分析

趙 飛

（福建省產品質量檢驗研究院，福建 福州 350002）

1 產品原理

車載電源逆變器是一種將車載蓄電池12VDC或24VDC直流電轉換為220VAC交流電的電源轉換設備，它可以為絕大多數家用電子產品，例如為筆記本電腦、電源充電器、吸塵器、旅游及野營用電器等提供電力，使車主朋友出門在外也可以像在家里一樣使用電器。連接方法見圖1。

圖1 車載電源逆變器連接方法

常見的車載電源逆變器設計原理非常類似，主流上使用如下設計：首先推挽升壓出高壓直流，然后SPWM控制逆變，最后LC濾波出穩定交流，另外還追加設計了一系列保護電路[1]。系統框架見圖2。

圖2 車載電源逆變器主流設計原理

車載電源逆變器根據輸入接口方式可以分為兩類：（1）螺栓式（用線連接到車載蓄電池，見圖3）；（2）點煙器式（直接插入到點煙器座，見圖4）。螺栓式車載電源逆變器輸出功率絕大多數在300W以上，最大可以達到5000W級別。而點煙器式車載電源逆變器輸出功率一般都在200W以下。功率等級不同主要原因是設計中對載流器件的選擇不同，設計思路和原理都基本一樣。

圖3 螺栓式車載電源逆變器

圖4 點煙器式車載電源逆變器

2 檢測現況

中國質量認證中心于2014年7月，推出專門針對車載電子產品EMC的CQC標志認證項目（車載電子產品CQC標志認證，申請類別：001044）。適用標準為GB/T 22630-2008《車載音視頻設備 電磁兼容性要求和測量方法》、GB/T 18655-2010《車輛、船和內燃機 無線電騷擾特性 用于保護車載接收機的限值和測量方法》、GB/T 17619-1998《機動車電子電器組件的電磁輻射抗擾性限值和測試方法》、GB/T 19951-2005《道路車輛 靜電放電產生的電騷擾試驗方法》、GB/T 21437.2-2008《道路車輛 由傳導和耦合引起的電騷擾 第2部分：沿電源線的電瞬態傳導》，以上均為電磁兼容性檢驗要求。而安全方面，據了解目前國內僅有一項QC/T 1036-2016《汽車電源逆變器》汽車行業推薦性標準[2]，推廣使用程度和監管約束力都很小。此外，再無專門針對車載電源逆變器安規方面的標準或規范。

3 風險來源和潛在危害

車載電源逆變器的設計門檻不高，而運用需求卻日益擴大，使得不少制造商為了搶奪更多市場占有率，不惜降低成本忽視安全要求，造成該產品質量存在一定的安全風險，可能對使用者的人身和財產造成危害。

筆者對車載電源逆變器從日常使用中可能存在的各類問題著手，選取出六種常見案例，研究分析其風險來源和潛在危害。

3.1 輸出插座孔隙過大

車載電源逆變器主要為常用的電器產品提供220VAC電力，其輸出插座匹配通用的單相三芯或兩芯電器插頭。但是有少部分制造商使用了不滿足我國標準的插座封裝，使得輸出插座孔隙過大，兒童手指可以深入插座觸及帶電極，存在電擊危險。筆者使用GB/T 16842-2016規定的兒童試驗指（試具19）以及試驗銷（試具13）來證實非標準輸出插座內危險帶電極的可觸及性，見圖5及圖6。符合國標的輸出插座樣式見圖7。

圖5 兒童試驗指（試具19）觸及危險帶電極

圖6 試驗銷（試具13）觸及危險帶電極

圖7 符合國家標準的輸出插座樣式

3.2 金屬物插入輸出插座

由于車載電源逆變器大多在車內使用，車內雜物例如鑰匙等金屬異物可能會不經意插入輸出插座，增大了意外觸電可能。應對這樣的隱患，需要在輸出插座內使用安全門設計[3]，使得插銷必須施加一定力才能插入，降低該類風險發生概率。安全門設計見圖8。

圖8 輸出插座的安全門設計（靠彈簧阻力實現）

3.3 液體濺入導致短路

筆者發現，有不少車載電源逆變器不具備輸出短路保護功能，在遇到飲料等液體意外濺入時無法有效切斷輸出進而影響車內供電系統穩定性，導致整車運行過程中可能發生意外情況。一般來說，當發生輸出短路時，短路保護響應時間不應超過1秒。

3.4 輸出功率過載

車載電源逆變器輸出功率大小直接影響到車內供電系統穩定性，如果帶載功率過大或者不受限制，會使得線路載流超標引起過熱，絕緣層失效，繼而產生短路和起火的危險。一般對輸出過流保護的要求是輸出功率維持在額定值200%狀態2秒后立即切斷輸出回路。不過，筆者在對數十款車載電源逆變器進行過流保護測試時發現，半數以上車載電源逆變器帶載能力尚且不能達到額定標稱功率，更不要說具備200%額定值的過流保護功能。對這些車載電源適配器而言，接入正常標稱負載都相當于過載，由于制造商降低成本產生的容量虛標問題，存在一定的潛在隱患。

3.5 隔離失效引起漏電

用電設備如果發生線路故障，例如電源線裸露也可能導致意外觸電危險。這種危險主要來源是車載電源逆變器輸入端回路與輸出端回路隔離性能不良，應對這種隱患必須要具備良好隔離性能（輸出浮地狀態），可以通過對車載電源逆變器進行抗電強度或絕緣電阻、電氣間隙和爬電距離等項目考核來驗證。其中，抗電強度或絕緣電阻項目需要通過安規綜合測試儀來檢驗，而電氣間隙和爬電距離項目從線路隔離設計上就可以看出設計者是否具備相應安規知識。隔離設計良好的車載電源逆變器樣式見圖9，不具備隔離設計的車載電源逆變器樣式見圖10。

圖9 線路布局具備良好的隔離設計

圖10 高低壓線路擁擠排布無隔離

3.6 非正弦波輸出的影響

車載電源逆變器根據輸出波形可以分為兩類：（1）純正弦波；（2）方波（含修正正弦波）。純正弦波輸出的車載電源逆變器，電磁污染影響較小，用電設備的工作壽命較長。而方波（含修正正弦波）輸出的車載電源逆變器，其過零點轉換過于陡峭，諧波成分很高，電源質量惡劣，會造成用電設備異常發熱，縮短用電設備的工作壽命。值得一提的是，車載電源逆變器輸出諧波成分高也會造成車內供電系統以及由車內供電系統供電的其他設備工作不穩定，例如電子導航儀、行車記錄儀等，特別是純電動汽車或配備了無人駕駛系統的新興車型更加容易受到影響，其潛在危險性非常大。車載電源逆變器方波輸出波形見圖11，諧波成分見圖12（注：圖11及圖12為某一款車載電源逆變器測試所得，并不泛指所有方波輸出的車載電源逆變器）。

圖11 方波輸出波形

圖12 諧波成分（THD）達到33%，電源質量惡劣

4 建議

綜合以上對車載電源逆變器產品質量安全風險方面的研究分析，筆者專門為廣大車主朋友提出以下幾點消費指南：

4.1 選購時注意

（1）價格低廉有可能是犧牲安全系數、偷工減料促成的。切勿盲目比價，要以安全為首要目的。

（2）選擇正規廠商生產的具備完善保護措施的產品，例如具備輸出短路保護、輸出過流保護、安全門等功能。

（3）大多數車載電源逆變器的外包裝或使用手冊上會注明輸出波形類型，盡量選取純正弦波輸出波形，保證用電設備和車載電源逆變器的使用性能和工作壽命。

4.2 使用時注意

（1）嚴格按照車載電源逆變器標稱帶載功率使用，例如標稱100W輸出就匹配100W以下的用電設備。

（2）車載電源逆變器工作時發熱程度較高，注意不要堵塞風扇散熱孔，以免造成過熱起火。

（3）車載電源逆變器不帶載時也會消耗一定量車載蓄電池電能，在沒有使用車載電源逆變器時最好將其拔出不連接。