产品安全性设计指南.docx

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产品安全性设计指南

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2002-04-发布2002-04-实施

深圳市中兴通讯股份有限公司发布

Q/ZX23.019–2002

目次

前言

本标准主要依据公司产品国际认证和产品安全性设计的需要提出，本着“既能指导实际，又能解决问题”的原则进行编写。

电子电气产品可靠的安全性保证是其赢得并稳定市场、减少市场投诉的关键要素之一。

设计时没有考虑到安全性要求的产品往往很难通过产品安全性测试与国际认证，其安全性当然难以保证，进入国际市场也随之多了一道障碍。

为了更好地保证我公司产品的安全性和顺利获得国际认证，产品在设计时就必须考虑到安全性设计。

因此，质企中心可靠性部根据国际相关的技术标准，结合公司产品实际，制订了本标准。

在没有新的标准颁布之前和没有客户特别要求的情况下，公司产品设计中，以此标准为准。

本标准的附录A、附录B和附录C是资料性附录。

本标准由深圳市中兴通讯股份有限公司质企中心可靠性部提出，技术中心技术部归口。

本标准起草部门：

质企中心可靠性部。

本标准起草人：

王志辉。

本标准于2002年4月首次发布。

1范围

本标准规定了公司产品设计时在产品安全性方面应考虑的要素及设计指标和方法。

本标准适用于公司所有产品的安全性设计。

2引用标准

下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。

在标准出版时，所示版本均为有效。

所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨、使用下列标准最新版本的可能性。

IEC/EN60950:

2000Safetyofinformationtechnologyequipment

3定义

本标准采用了以下定义：

3.0一次电路（Primarycircuit）：

直接由交流干线供电的电路，包括变压器、电机或其它负载装置的原边线圈。

二次电路（Secondarycircuit）：

不直接连接到一次电路的电路，其能源来自于变压器、转换器或等效的隔离装置，亦或电池。

3.1设备绝缘分类

I类绝缘设备（ClassIequipment）:

依靠基本绝缘和保护性接地来实现防电击的设备。

II类绝缘设备（ClassIIequipment）:

依靠双重绝缘和加强型绝缘来实现防电击的设备。

III类绝缘设备（ClassIIIequipment）:

其供电电源为SELV电路并且其本身不产生危险电压。

3.2绝缘类型

功能绝缘（FunctionalInsulation）:

为了确保设备正常工作的绝缘。

基本绝缘（BasicInsulation）:

能提供最起码的防电击能力的绝缘。

补充绝缘（SupplementaryInsulation）:

附加在基本绝缘上的绝缘，其作用是当基本

绝缘失效之后设备仍然具有防电击能力。

双重绝缘（DoubleInsulation）:

基本绝缘和补充型绝缘的结合。

加强型绝缘（ReinforcedInsulation）:

一个独立的绝缘体系，它能提供相当于双重绝

缘的防电击能力。

3.3爬电距离（CreepageDistance）:

设备中两导体间或一导体与搭接件之间沿着绝缘表面

的最短距离。

电气间隙（Clearance）:

设备中两导体间或一导体与搭接件之间通过空气的最短距

离，即二者的视线距离。

3.4安全特低电压电路（SELVcircuit）:

一个二次级电路，在正常工作或单一缺陷条件下工作时其上电压都不超过安全值42.4Vpeak或60Vd.c.。

特低电压电路（ELVcircuit）:

一个二次级电路，在正常工作时，其任意两导电端子或一导电端子和地之间的电压不超过42.4Vpeak或60Vd.c.，但是在单一缺陷条件下工作时其上电压会超过42.4Vpeak或60Vd.c.或流经的电流超过了限流电路的要求。

限流电路（LimitedCurrentCircuit）:

在正常工作或单一缺陷条件下工作时其上流经的电流都不会产生危险。

3.5TNV电路：

设备中的一部分电路，用户可接触区被限定到此处，在正常工作或单一缺陷条件下工作时，其电压不超过指定要求。

表1提供了TNV电路和SELV电路电压的比较。

TNV-1电路（TNV-1circuit）:

在正常工作条件下，其正常工作电压不超过SELV电压（即42.4Vpeak或60Vd.c.）;但其上可能会有来自电信网络的过电压。

TNV-2电路（TNV-2circuit）:

在正常工作条件下，工作电压超过SELV电压（即42.4V42.4Vpeak或60Vd.c.），但最大为70.7Vpeak和120Vd.c.;但其上不可能会有来自电信网络的过电压。

TNV-3电路（TNV-3circuit）:

在正常工作条件下，工作电压超过SELV电压（即42.4Vpeak或60Vd.c.）,但最大为70.7Vpeak和120Vd.c.;且其上可能会有来自电信网络的过电压.

表1SELV电路和TNV电路的电压范围对照

正常工作电压

可能有来自电信网络的过电压吗？

在42.4Vpeak和60Vd.c.范围内

超过42.4Vpeak和60Vd.c.但在70.7Vpeak和120Vd.c.范围内

有

TNV-1电路

TNV-2电路

没有

SELV电路

TNV-3电路

3.6工作电压（WorkingVoltage）：

设备在正常使用的环境中工作时，所考虑的绝缘或元器件上的最高电压。

峰值工作电压（PeakWorkingVoltage）：

工作电压的最高峰值或直流电压值。

危险电压（HazardousVoltage）：

超过42.4Vpeak或60Vd.c.值的电压。

3.7可插入式A型设备（PluggableEquipmentTypeA）：

通过非工业插头和插座连接到建筑物安装线路中的可插入式设备

可插入式B型设备（PluggableEquipmentTypeB）：

通过工业插头和插座连接到建筑物安装线路中的可插入式设备

永久性连接设备（PermanentlyConnectedEquipment）：

通过螺钉或其它可靠的方法连接到建筑物安装线路中的设备

可移动设备（MovableEquipment）：

非固定的不超过18Kg或带有轮子便于操作者移动的设备。

手持式设备（Hand-heldEquipment）：

在正常使用时被手提的可移动设备或某种设备的一部分。

3.8正常工作：

指严格按照用户手册或操作说明书的要求工作的状态。

单一缺陷：

指某单个部分、元件功能失效，或某单个部分或元件处于不正常工作状态，如某单个电阻短路/开路，某输出过载等等。

4产品安全性设计整体原则

产品开发设计人员在进行产品总体设计时首先必须考虑产品的安全性，即对使用者提供可接受的保护措施以免使用者在正常或非恶意的不当操作下导致人身伤害或财产损失。

如果在安全性和经济利益等产品其它因素之间发生冲突时，应该优先考虑安全性的要求。

具体应从以下七个方面考虑可能发生的危险：

机械性伤害、电击、火灾、能量伤害、烫伤，放射性伤害和化学性伤害。

5安全性说明与标记

5.1产品铭牌（Label）

任何产品铭牌上的标记应包括

―额定电压或额定电压范围，以V为单位

额定电压范围的表示：

在最小值和最大值之间用“－”隔开,如100－240

多额定电压和多额定电压范围的表示：

用“/”将不同的额定电压或额定电压

范围分开，如120/220/240V，100－120/200－240

－额定频率或频率范围，以Hz为单位（直流供电除外）

－额定电流，以mA或A为单位

多额定电压和多额定电压范围对应的额定电流的表示，请参照以下实例：

针对多额定电压120/240V:

2.4/1.2A

针对多额定电压范围100－240V：

2.8A

100－240V：

2.8－1.1A

100－120V：

2.8A

200－240V：

1.4A

——若为直流，应有直流电源属性符号“”

——制造商名称、商标或识别码

——制造商的型号或参考类型

——如果是II类（ClassII）设备，应有II类设备符号“”

在不引起误解的情况下，允许有其它标记存在。

5.2保险丝（Fuses）

应在保险丝座或其附近的地方标明保险丝的额定电压和额定电流及其熔断特性（如快速熔断F）等，各标记应在PCB组装后应清晰可见。

如果不在操作人员进入区或焊接在操作人员进入区，允许在服务手册上提供一个清楚的对照表，其中包含与对应的保险丝相关的说明。

5.3保护性接地符号“”应标记在设备第一个保护性接地连接处附近，此符号在PCB组装后应清晰可见。

5.4标记语言

说明书和设备上的标记必须采用设备使用国或地区所接受的文字，比如产品在美国使用，应该用英语；在中国使用，应该用简体中文。

6元器件及材料要求

产品要能完整地符合安全性要求,即防火、防电击和防过高温等，就必须严格选用和控制安全关键元器件和材料。

产品设计时，在选材料和元器件方面必须首先遵循以下规则：

6.1PCB板：

UL认可的具有94V-0或94V-1可燃性等级的材料。

6.2保险丝和保险丝座：

UL（或CSA）和VDE（或TUV、NEMKO、SEMKO等）认可。

6.3EMI电容：

UL（或CSA）认可和VDE（或TUV、NEMKO、SEMKO等）认可。

6.4光电耦：

UL和VDE（或TUV、NEMKO、SEMKO等）认可。

6.5继电器：

UL（或CSA）和VDE（或TUV、NEMKO、SEMKO等）认可的元器件。

6.6电源开关和电压选择开关：

UL（或CSA）和VDE（或TUV、NEMKO、SEMKO等）认可的元器件。

6.7电线电缆：

UL和CSA认可并标有足够的电压、可燃性等级和温度额定值。

6.8交流输入插座：

UL认可并且可燃性等级至少为94V-2。

6.9变阻器：

UL认可。

6.10绝缘片和绝缘套管：

UL和CSA认可。

6.11NTC热敏电阻（用于控制电路中）：

UL认可。

6.12产品内的塑胶材料：

必须具有可燃性等级UL94V-0、94V-1或94V-2。

6.13连接器：

由可燃性等级UL94V-2、94V-1或94V-0材料组成。

6.14设备中的激光模块：

UL（或CSA）和VDE（或TUV、NEMKO、SEMKO等）认可。

6.15设备中的电源模块：

UL（或CSA）和VDE（或TUV、NEMKO、SEMKO等）认可。

注：

1）.本标准中，认为HF-1级材料优于HF-2级，HF-2级优于HBF级；5V级或V-0级优于V-1级，V-1级优于V-2级，V-2级优于HB级。

2）.有时，需要根据特定的客户要求或特别的认证机构要求选用元器件和材料。

7PCB布线

PCB布线是安规设计的要素之一。

总体原则是：

即要考虑PCB板上电气走线之间的距离，还要考虑PCB板走线对装配后元器件安全性的影响。

以下一、二次电路意味着PCB电气走线和装配后的元器件。

7.1对I类绝缘设备（表2）：

在一次电路和地线之间，必须满足基本绝缘的要求。

在一次电路和二次电路之间，必须满足加强型绝缘的要求。

在一次电路中，交流输入端保险丝之前的线路，L线和N线之间应满足基本绝缘的要求，L线、N线和一次侧所有的元器件之间应满足基本绝缘的要求。

表2I类绝缘设备不同电路之间的绝缘类型要求

一次侧保险丝前L

一次侧保险丝前N

SELV（二次）电路

保护地

一次侧保险丝前L

--

基本绝缘

加强型绝缘

基本绝缘

一次侧保险丝前N

基本绝缘

--

加强型绝缘

基本绝缘

一次侧其它电路

基本绝缘

基本绝缘

加强型绝缘

基本绝缘

7.2II类绝缘设备（表3）：

在一次电路和外壳之间，必须满足加强型绝缘的要求。

在一次电路和二次电路之间，必须满足加强型绝缘的要求。

在一次电路中，交流输入端保险丝之前的线路，L线和N线之间应满足基本绝缘的要求，L线、N线和一次侧所有的元器件之间应满足基本绝缘的要求。

表3－II类绝缘设备不同电路之间的绝缘类型要求

一次侧保险丝前L

一次侧保险丝前N

SELV（二次）电路

设备外壳

一次侧保险丝前L

--

基本绝缘

加强型绝缘

加强型绝缘

一次侧保险丝前N

基本绝缘

--

加强型绝缘

加强型绝缘

一次侧其它电路

基本绝缘

基本绝缘

加强型绝缘

加强型绝缘

7.3PCB布线时如果不能满足爬电距离的要求，可以采用开槽的方法。

所开槽的宽度应不小于1.1mm.

7.4含有危险电压电路的多层板，危险电压布线层与其它层之间的厚度应不小于0.4mm.

7.5以上基本绝缘和加强型绝缘的爬电距离和电气间隙应根据该产品设计的工作电压和附表A.1、附表A.2、附表A.3和附表A.4确定。

（参见附录A）

7.6保护性接地线的电气走线：

与一次侧的任何电气走线和元器件应至少具有基本绝缘。

注：

如有客户特殊要求，有时需具有加强绝缘。

对额定电流Irating不大于16A的设备，任何一段在PCB上的保护地的铜箔走线的电阻不得超过0.1欧姆；对额定电流Irating大于16A的设备，任何一段在PCB上的保护地的铜箔走线的电阻不得超过2.5V/2Irating。

8机械结构设计

8.1应没有尖锐的边缘、角和毛刺；应有很好的机械稳定性，在正常使用条件下，至少在10度的倾斜台上不会翻转；外壳应能承受足够的外力冲击。

8.2PCB板和组装后的产品所有元器件应满足相应的爬电距离和电气间隙的要求。

具体要求同PCB布线。

8.3变压器的一次侧和二次侧应满足加强型绝缘要求，其加强型绝缘抗电强度测试电压和绝缘距离应根据其产品的实际工作电压查附表B.1、附表A.1、附表A.2、附表3和附表A.4确定。

8.4安全隔离变压器的线匝或绕组应有措施确保不得移位;若安全隔离变压器装有用作保护目的的接地屏蔽层,则其接地屏蔽层与其接地端子之间的电阻不得超过0.1Ω。

8.5保护性接地端子应能抗腐蚀，应选择能耐受产品额定电流的两倍的接地导线，接地导线的绝缘层应为黄绿色，保护性地与外壳（或PCB）的螺钉连接应有齿状垫圈以便保护性接地可靠稳定。

8.6在空气隔离不能满足绝缘要求时，可通过绝缘介质或多层绝缘薄片的办法来实现绝缘。

用作基本绝缘的绝缘介质没有厚度要求，用作补充绝缘和加强型绝缘的介质，其厚度应不小于0.4mm.如果用绝缘薄片来实现绝缘，应满足表4要求：

表4－用绝缘薄片实现绝缘的最低要求

补充型绝缘

加强型绝缘

由两层薄片组成，则每一层要能通过补充型绝缘对应的抗电强度测试。

或

由三层薄片组成，则每两层结合在一起要能通过补充型绝缘对应的抗电强度测试。

由两层薄片组成，则每一层要能通过加强型绝缘对应的抗电强度测试。

或

由三层薄片组成，则每两层结合在一起要能通过加强型绝缘对应的抗电强度测试。

8.7任何电气连接的螺钉啮合到金属板、螺母或金属嵌装件时不得少于两个完整的螺纹，不得使用绝缘材料的螺钉进行两导线端子的电气连接。

8.8使用绝缘材料的螺钉进行非电气性的安全连接，这些螺钉至少应啮合两个完整的螺纹。

8.9对于落地式设备外壳的可接触的传导部分或桌上型设备的非垂直上表面，如果要求其与危险电压元件之间具有加强绝缘且通过空气间隔来实现，则此空气间隙距离不得小于10mm.对于可插式A类设备外壳的接地的可接触的导电部分与危险电压元件之间的基本绝缘，如果设计通过空气间隔来实现，则此空气间隙距离不得小于2mm.

8.10排放孔和通风孔应装有防护板、筛网等来加以防护，以便使熔融的金属、燃烧的物质等不能掉落在防火防护外壳的外面。

8.11防火防护外壳和电气防护外壳的顶部、侧面的开孔在任何方向上的尺寸不应超过5mm或在任意长度下宽度不超过1mm,除非采用了其它能足以防止外来物直接地垂直进入防护外壳的设计方法。

8.12若防火防护外壳底部有开孔或筛网，则应满足以下条件之一：

－在PVC、TFE、PTFE、FEP和氯丁橡胶绝缘导线及其连接器等零部件下面的开孔大小没有限制；

－在由阻抗保护的电动机和带热保护的电动机下面，开孔大小没有限制；

－在可燃性等级为V-1级或更优等级的材料制造的元器件或零部件下面，每个开孔的面积不得大于40mm2；

－金属底部筛网的网眼不大于2mm×2mm,而且金属丝直径不大于0.45mm.

－采用如下图1所规定的挡板。

9防电击和高能量设计

电击和高能量是由于过高的电流流经人体或大能量（电压）接触人体引起的伤害和不正常反应，在干燥的环境中，不高于42.4Vpeak或60Vd.c.的电压被认为不会产生电击。

实际中必须要被触碰的裸露组件应该接地或被恰当地绝缘，正常情况下应提供两级基本绝缘型防电击保护。

所以，在设计时应充分考虑对可能接触到的过电流、过电压和高能量的防护。

9.1应确保用户可接触部件的电压在正常工作或单一缺陷条件下不超过42.4Vpeak或60Vd.c.。

9.2在危险电压和非接地的零部件或SELV电路之间应采用加强绝缘或双重绝缘隔离,即应维持加强绝缘要求的爬电距离和电气间隙及抗电强度。

对I类绝缘设备,也可采用接地的导电屏蔽层或零部件将SELV电路与其它电路隔离.在采用加强绝缘或双重绝缘实现隔离时,在满足绝缘距离的前提下，可用两个相同的隔离器件串联作为一个组合件来满足隔离电压的要求以便实现加强绝缘或双重绝缘隔离。

9.3接触电流：

对于手持式I类绝缘设备，最大接触电流不应超过0.75mA;对于非手持式I类绝缘设备，最大接触电流不应超过3.5mA;对于II类绝缘设备，最大接触电流不得超过0.25mA.

9.4能量限：

在任何电压达2V以上的两个用户可接触件之间能量不应超过240VA。

9.5手持式设备的额定电压不应超过250V。

9.6正常负载下设备的稳态输入电流不得超过额定电流的110％。

9.7设备-电源输入端的设计应满足：

在电源输入端断电后1秒内，设备输入端的插头的滞留电压应降至其原始最高值的37％以内。

9.8含有限流电路的设备，限流电路在设计上应保证在正常工作条件下和在任何基本绝缘一旦击穿或某一元件一旦失效，以及由于这种击穿或失效所直接引起的任何失效时，电流不会超过下列值：

－频率不超过1KHz时，在限流电路中的可触及零部件与该限流电路中的任意一极或地之间接2000Ω的无感电阻器，流过该电阻器的稳态电流不应超过0.7mAa.c.或2mAd.c.；

－频率高于1KHz时，则该电流应不超过0.7mA乘以KHz为单位的频率值且始终不超过70mAa.c.；

－电压不超过450Vp或Vd.c.的可触及零部件,其电路的电容量不应超过0.1uF.

9.9保护性接地与搭接设计要求

－保护性接地只适用于I类设备或系统。

－保护性接地符号“”应标记在设备第一个保护性接地连接处附近，此符号在PCB组装后应清晰可见。

－保护性地的连接必须非常结实可靠，如果保护性接地线和一保护性接地连接端子相连，一定要用钩焊。

－保护性接地端不得含有开关或过流保护器件。

－保护性接地导线要用黄绿色线。

－断开一个组件的保护性接地时不应断开系统其它任何组件的保护性地，除非它同时断开了其它组件上所有的危险电压。

－保护性接地的设计应能实现:

在接入电源时，首先接上的是保护性地；断开电源时

应能实现最后断开保护性地。

－保护性搭接可以使用切削螺纹螺钉和宽螺距螺钉连接来保证接地连续性，但在这种情

况下，该连接处应是在正常使用时无需再做变动，且每一连接至少应使用两个螺钉。

－对额定电流Irating不大于16A的设备，接地端子或接地接触件与需要接地的零部件之

间的连接电阻不应超过0.1Ω;对额定电流Irating大于16A的设备，接地端子或接地接触件与需要接地的零部件之间的连接电阻不应超过2.5V/2Irating。

－设计上，应能保证在维护时在没有断开危险电压的情况下不必断开保护接地。

－不得依赖于电信网络实现任何保护性接地功能。

9.10电信网络的连接与对地隔离

在决定连接到电信网的TNV电路工作电压时，如果电信网特性未知，则该TNV电路的正常工作电压做如下假定：

－TNV-1电路，工作电压为60Vd.c.；

－TNV-2和TNV-3电路，工作电压为120Vd.c.。

9.10.1用于直接连接到电信网络的线路应该满足SELV电路或TNV电路的要求.如果电信网络的安全依赖于设备的保护性接地，安装说明书应申明要求确保保护性接地的完整性。

9.10.2通信网络对地隔离（Separationofthetelecommunicationnetworkfromearth）在用于直接

连接到电信网络的线路和接地的部件或电路之间应有足够的绝缘。

桥接在此绝缘上的浪涌抑

制器的直流闪断电压（sparkovervoltage）应至少为设备额定电压或额定电压上限的1.6倍。

通常用抗电强度测试来判断该绝缘是否合格。

如果在对该绝缘做抗电强度测试时，桥接在该

绝缘正常位置的元器件，包括浪涌抑制器，不应被损坏。

抗电强度测试电压为：

－标称供电电压超过130Va.c.的设备，1500Va.c.

－其它设备，1000Va.c.

在做此抗电强度测试时，除了电容外，桥接在被测试绝缘上的元器件可以被取下来。

如果这样，则必须做一个如图2的附加测试。

测试时，将所有的元器件置于其正常的位置，测试电压等于设备额定电压或额定电压上限，此时测试电路上的电流不得超过10mA。

图2电信网络和地之间的隔离测试

以上9.10.2的要求不适用于永久性连接设备或B型可插入式设备、不适用于由服务人员安装并且说明书要求该设备被连接到带有保护性接地的插座的设备，也不适用于含有永久性连接的保护性接地端子的设备。

9.10.3用户与电信网络的过电压隔离

在具有TNV-1或TNV-3电路的设备中某些组件和TNV-1或TNV-3电路之间应该有足够的电气隔离。

这些组件主要为：

a）:

正常使用时手握或能触及的非接地组件和非导电组件；

b）:

用测试指能触及的组件和电路。

c）:

用于连接其它设备的电路（不论是否可触及）。

结合图3，选择稳态抗电强度试验（Steady-stateHi-pottest）来以判断其是否合格：

此抗电强度测试电压为

－对下图中情形a），取1500V；

－对下图中情形b）和c），取1000V。

图3网络设备抗电强度测试电压的测试点

以上稳态抗电强度测试，如果浪涌抑制器本身（单独做测试）已经通过了脉冲测试，对图中情形b）和c），测试时可以将浪涌抑制器取下。

但对图中情形a），浪涌抑制器应留在原位。

10安全性热设计

由于在能量转换控制中，某些元器件在正常工作或单一缺陷工作条件下可能产生过高温而导致着火、烫伤及绝缘或安全元器件功能降级等危险，故设计时应尽量将设备各处温度限制在安全范围内。

对不可避免的过高温，应有防护措施或警告标签来防止用户接触。

设计时，应遵循以下规则（以下的温度由热耦法测得）：

10.1严格按本标准要求选用应该控制的元器件和材料。

10.2选用UL认可的热绝缘系统中恰当的热绝缘材料（如ClassF，ClassC等），严格遵循本标准对该热绝缘材料类别的温升要求。

表5和7.

10.3正常工作的情况下，所有待测件的温度不得表5和表6之规定。

表5正常工作时热绝缘件允许的最大温度Tmax

（假定设备要求的工作环