智能家用電器殘余電壓測試分析

姜義重 邱海軍

（1.國家節能環保制冷設備工程技術研究中心 珠海 519070；2.空調設備及系統運行節能國家重點實驗室 珠海 519070）

引言

當人們在使用家用電器產品時,拔掉插頭的瞬間，因家用電器內部儲能元件的大電容器上電壓未能瞬間釋放,插頭上各插腳之間會有一定的電壓殘留在電器內部，此時用戶如果內觸到插頭就有觸電的危險性。從用戶的安全角度出發,對此項指標需進行專項的測試、考核；標準GB 4706.1-2005的安全第1部分通用要求中第22.5條明確要求：電源峰值斷電1 s時殘壓不能超過34 V；且示波器電壓探頭必須根據CTL決議 PSH716的要求內阻要大于100 MΩ，容抗要小于25 pf；針對標準要求以及CTL決議的要求，對實際的智能電器智能家用電器殘余電壓測試分析，提出相應的疑問并進行驗證。

1 標準疑問及分析

1.1 標準疑問

1.1.1 殘余電壓的標準問題：

根據標準GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全第1部分通用要求》第22.5條要求[1]：通過一個插頭來與電源連接的工裝，其結構應能使其在正常使用中當觸碰該插頭的插腳時，不會因額定電容量等于或大于0.1 μF的電容器被充過電而引起電擊，致使用戶遭受危險。

通過下列試驗確定其是否符合要求。

待測器具用額定的電壓供電，使其正常工作，然后將其任意一個開關置于“斷開”位置，測量器具在電壓峰值時從電源斷開到斷開后的1 s時間內，用一個不會對測量值產生明顯影響的儀器，測量插頭各插腳間的電壓，此電壓不應超過標準要求的安全電壓。

1.1.2 殘余電壓檢測方法

操作的具體要求及試驗儀器、試驗方法如下：

插頭斷開要在電源峰峰值斷開（用工裝或手動斷開都必須保證這一點）,示波器電壓探頭選取根據CTL決議 PSH716的要求：內阻大于100 MΩ，容抗小于25 pf；斷電1 s時示波器讀出電壓值不能超過34 V，注意示波器電壓基準值需歸零，光標需準確定位后讀數。示意圖如圖1。

其中CTL決議中要求示波器電壓探頭內阻大于100 MΩ，此要求在被測樣品阻抗較小如幾MΩ的情況下無問題，但是當被測樣品本身內阻就超過探頭內阻的情況下，測試探頭就不滿足要求，導致測試結果不準確。

1.2 疑問解答

當探頭探測到待測試的電路后，探頭轉化為被測電路的一部分，因此探頭的內部負載特性對被測電路是有所影響的。探頭的負載特性包括3部分：①阻性負載；②容性負載；③感性負載。

探頭的負載效應中的阻性負載相當于在被測電路上并聯了一個電阻，對于測信號影響是起到了分壓的作用，直接影響被測信號的幅度和直流偏置。當被測物內阻為100 mΩ時，根據電阻放電公式計算：

式中：

時間常數τ=RC。

1）當被測物內阻100 MΩ，電容0.1 uF時，如下第一行數據，探頭內阻無窮大，此時理論計算值1 s時殘壓281.5 V，這個作為真值。

2）當被測物內阻100 MΩ，電容0.1 uF時，如下第二行數據，探頭內阻100 MΩ，此時理論計算值1 s時殘壓254.7 V，測量誤差（281.5～254.7）/281.5 = 9.52 %。

3）當被測物內阻100 MΩ，電容0.1 uF時，如下第三行數據，探頭內阻1 000 MΩ，此時理論計算值1 s時殘壓278.7 V，測量誤差（281.5～278.7）/281.5 = 1 %。

一般情況下，推薦探頭的電阻R是被測源電阻的10倍以上，以維持小于10 %的幅度誤差。如測試阻抗為110 kΩ，選取探頭阻抗為1 MΩ，測試誤差即為10 %；選取探頭阻抗為110 kΩ的話，測試誤差則達到50 %。

從表1、圖2測試結果來看，探頭阻抗直接影響測試結果準確性，針對不同阻抗的被測樣品，要選取與之對應的示波器探頭，從而來保證測試結果的準確性。

表1 不同探頭內阻插頭放電計算結果

2 實例分析

根據GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全第1部分通用要求》第22.5條要求[1]，使用內阻為100 MΩ的電壓探頭測試某適配器搭配的家電產品殘壓時，測試結果為40 V（圖3），不滿足國標要求的在斷開后的1 s時，電壓不應超過34 V。

適配器原理圖如圖4，從原理圖分析，此款適配器沒有X2電容，理論上不存在放電的殘余電壓。測試探頭阻抗為100 MΩ，容抗為25 pf，而適配器測試阻抗為100 MΩ，明顯探頭已不符合測試要求。

同時，使用Simplorer軟件對適配器原理進行仿真建模，如圖5、6所示，從峰值電壓m1處310.9 V斷開到達m2處，1 s內電壓已經降為0 V，且從仿真結果可以看出基本在一斷電的時候，電壓已降為0 V。

又使用同一廠家另一款適配器，阻抗大小3.4 MΩ，進行測試，在斷電1 s時，殘余電壓為5 V（圖7）左右，滿足國標GB 4706.1-2005 中22.5要求。

經對倆個適配器對比分析，二者原理圖一致，區別在于阻抗不一致，導致凈化器殘壓測試不合格的原因并非產品本身問題，而是探頭選取不當，導致的結果偏差。新適配器內阻在100 MΩ左右，按IEC的CTL決議探頭選取100 MΩ左右，但是協議未對探頭的使用范圍做說明，對于高內阻產品測試阻抗為100 MΩ的探頭已經不能滿足需求。

3 結語

1）按IEC的CTL決議探頭阻抗選取＞100 MΩ，但是協議未對測試高內阻產品如何選擇探頭做出明確聲明，決議要求探頭阻抗＞100 MΩ，但是具體大多少合適需要一個具體的范圍。對于高阻抗產品，100 MΩ阻抗的電壓探頭已不能滿足測試要求。通過分析研究，示波器的探頭應當被看作被測電路中的一部分, 因此它對被測電路的信號會產生一定的影響，如果想要運用示波器測試到準確的信號值，就一定要根據實際的測試進行相應的阻抗匹配以及合適的測試探頭，否則，測到的信號指標值與真實信號值就有可能產生較大的差異，甚至可能會得到截然不同的結果。推薦探頭的電阻R〉10倍被測源電阻，以維持小于10 %的幅度誤差。

2）帶適配器的產品，我們首先得保證適配器的殘余電壓是否合格，如果適配器裝載在樣機內部，無法單獨進行測試時，為保證測得殘余電壓的最大值，我們應該分別在為充滿電和充滿電兩種情況下分別進行殘余電壓測試。

3）本文根據最新版的IEC安全標準，并結合實際問題對智能家電電器的殘壓測試方法進行了梳理及分析，幫助讀者更好地對標準理解、方法掌握，并有助于用于平時評審測試，降低評審失效風險。