基于IC内置泄放电路的皮肤美容器具插头残余电压防触电的研究与分析

黄凯杰 叶芷瑜 陈灿坤

（威凯检测技术有限公司 广州 510663）

引言

越来越多的皮肤美容器具使用适配器来为功能部件供电，大部分产品都是使用开关电源适配器。很多安全标准规定，如UL 1950、IEC 61010-1和IEC 60335-1，要求插头从电源插座拔出后在规定时间内插头插销之间残余电压降低至安全水平。通常产品内部滤波电容器会并联泄放电阻，这会导致待机功率损耗。随着开关电源功率增加，EMI滤波电容器也会增大，需要更小电阻值的泄放电阻维持相同的放电时间。在大功率应用中，这通常会导致更多的功耗，难以满足日益收严的待机功耗0.5 W的法规要求。

为了应对待机功耗的法规要求，市场上有部分皮肤美容器具取消滤波电容的泄放电阻，改为开关电源芯片IC内置泄放电路，部分产品虽然通过安规标准相关试验，但是仍有消费者抱怨产品插头残余电压过高有“麻手”触电的危险，亟待进一步分析研究导致这一防触电危险的原因。

1 对比试验方法

选取某皮肤美容器具为研究样本，其开关电源适配器额定值为：输入100～240 V～ 50～60 Hz 0.5 A，输出12 V 500 mA，内部结构如图1和图2所示。IC内置有泄放电路。

图1 开关电源适配器内部结构

图2 开关电源适配器PCB线路板

皮肤美容器具以额定电压220 V供电，然后将其任何一个开关置于“断开”位置，器具在不同的电压值断开电源，包括正峰值或负峰值310 V，瞬时电压280 V、150 V、100 V、70 V，采用示波器连续监测断开电源后插头插销间的残余电压，并读取1 s时的电压值。

2 试验结果

对比试验结果表明，在电源电压峰值时拔出插头断开电源，则插头残余电压迅速下降，1 s时约为2 V，小于IEC 60335-1:2016 Ed5.2《家用和类似用途电器的安全第1部分：通用要求》标准的34 V限值，如图3所示；如果电源瞬间电压101 V时拔出插头，则插头残余电压缓慢下降，1 s时约为100 V，超过34 V限值，如图4所示。

图3 插头残余电压下降曲线

图4 插头残余电压缓慢下降曲线

类似的，对比试验结果表明在正峰310 V、负峰-310 V、-280 V、-150 V等拔出插头断开电源，插头残余电压快速下降，而在+103 V、-103 V、-70 V等拔出插头断开电源，插头残余电压缓慢下降，1 s时残余电压远远超过限值34 V。

3 结果分析

为什么会出现同一个产品由于拔出插头瞬间电压不同导致插头残余电压结果迥异?

据带泄放电阻的开关电源芯片技术规格书和相关文献资料[1]介绍，开关电源（SMPS）前端的EMI滤波器通常包括一个并联在相线和零线之间的X2电容器，如图5所示。

图5 EMI无线电干扰抑制电路和内部带泄放电路的开关电源芯片

而采用了AX-CAP技术开关电源芯片IC使得只有在插头从电源插座拔出时才智能地使X滤波电容器放电。由于AX-CAP放电电路在正常工作时被禁用，EMI滤波器中泄放电阻的功率损耗实际上可以消除，开关电源待机功率可实现0.25 W，典型电路原理图如图6所示。

图6 开关电源电路原理图

该开关电源额定输入电压100～240 V，带有欠压和过压保护，可以在85～265 V电压下正常工作。值得指出在拔出插头后的短时间内，由于整流桥后大容量滤波电容供电，开关电源芯片和开关变压器仍可短时间工作，拔出插头的时机对最后插头残余电压结果：

图7 拔插头时机影响放电速度

IEC 60335-1:2016 Ed5.2《家用和类似用途电器的安全 第1部分：通用要求》标准22.5条款只是要求在“电源峰值”断开电源，没有考虑“IC欠压保护状态内置泄放电路也不工作”的特殊情况。

从用户体验角度，有的用户拔插头瞬间电容器储电电压较高，放电迅速，1 s后手摸到插头两金属销片没有感觉，反之有的用户拔插头瞬间电容器储电电压较低（如100 V），放电缓慢，1 s后手摸到插头两金属销片轻则有麻电感觉重则有刺痛感，安全保护防触电水平不可接受。

结合原理分析可知，器具在IC芯片欠压情况下，存在无法有效地接通泄放电路的可能，也即存在器具拔开插头1 s后，插头残余电压无法泄放到符合标准限值要求，产品不合格。

由于现行国内和国际安全标准22.5条明确规定插头残余电压测试是在器具电压峰值时从电源断开，未考虑到新技术的出现将导致产品满足标准测试要求却可能存在的不合格情况。因此建议在下一次标准修订时22.5条追加试验，在最后一段后增加如下要求：

如果开关电源IC内含有X电容泄放电路，器具也要在额定电压供电，在电源瞬间电压为IC欠压保护动作阀值以下的最大电压断开电源进行试验。

注：例如输入电压100～240 V，使用说明宣称可在85～265 V正常工作，电源低于85 Vrms将保护不工作，欠压保护阀值是85 V ×1.414 = 120 V，在电压低于120 V瞬间断开电源，IC内部泄放电路可能不工作，结果可能更不利。

内置泄放电路设计存在隐患的主要原因是IC芯片存在欠压保护不工作，导致泄放电路无法正常接通泄放。笔者认为改进设计思路包括但不限于：

1）加装针对泄放X电容小于电源瞬间电压为IC欠压保护动作阀值以下的最大电压的泄放电阻，一方面保证芯片不工作时提供X电容泄放通路，另一方面不需要像泄放X电容220 Vrms（峰值311 V）高电压那样高功耗的泄放电阻，满足待机功耗的要求；

2）针对IC欠压保护不工作情况，改进IC设计，如增大IC VDD端的储能电容，在任何电压下电源断开都强制接通内部泄放电路，对X电容进行放电。

4 总结

皮肤美容器具采用内置开关电源IC芯片内泄放电路，能更好的满足待机功耗相关法规要求，由于欠压保护优先于断电后泄放存在产品拔出插头残余电压过高的防触电隐患。而且这一现象在采用同类适配器的其他家用电器也普遍存在。

现行安规标准相关条款也未考虑此种情况，建议生产企业改进现有技术方案，即使在欠压保护情况也优先泄放确保使用者的安全，建议修订家用电器通用要求标准，追加欠压保护条件下插头残余电压的试验方法。