智能家用电器残余电压测试分析

姜义重 邱海军

（1.国家节能环保制冷设备工程技术研究中心 珠海 519070；2.空调设备及系统运行节能国家重点实验室 珠海 519070）

引言

当人们在使用家用电器产品时,拔掉插头的瞬间，因家用电器内部储能元件的大电容器上电压未能瞬间释放,插头上各插脚之间会有一定的电压残留在电器内部，此时用户如果内触到插头就有触电的危险性。从用户的安全角度出发,对此项指标需进行专项的测试、考核；标准GB 4706.1-2005的安全第1部分通用要求中第22.5条明确要求：电源峰值断电1 s时残压不能超过34 V；且示波器电压探头必须根据CTL决议 PSH716的要求内阻要大于100 MΩ，容抗要小于25 pf；针对标准要求以及CTL决议的要求，对实际的智能电器智能家用电器残余电压测试分析，提出相应的疑问并进行验证。

1 标准疑问及分析

1.1 标准疑问

1.1.1 残余电压的标准问题：

根据标准GB 4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全第1部分通用要求》第22.5条要求[1]：通过一个插头来与电源连接的工装，其结构应能使其在正常使用中当触碰该插头的插脚时，不会因额定电容量等于或大于0.1 μF的电容器被充过电而引起电击，致使用户遭受危险。

通过下列试验确定其是否符合要求。

待测器具用额定的电压供电，使其正常工作，然后将其任意一个开关置于“断开”位置，测量器具在电压峰值时从电源断开到断开后的1 s时间内，用一个不会对测量值产生明显影响的仪器，测量插头各插脚间的电压，此电压不应超过标准要求的安全电压。

1.1.2 残余电压检测方法

操作的具体要求及试验仪器、试验方法如下：

插头断开要在电源峰峰值断开（用工装或手动断开都必须保证这一点）,示波器电压探头选取根据CTL决议 PSH716的要求：内阻大于100 MΩ，容抗小于25 pf；断电1 s时示波器读出电压值不能超过34 V，注意示波器电压基准值需归零，光标需准确定位后读数。示意图如图1。

其中CTL决议中要求示波器电压探头内阻大于100 MΩ，此要求在被测样品阻抗较小如几MΩ的情况下无问题，但是当被测样品本身内阻就超过探头内阻的情况下，测试探头就不满足要求，导致测试结果不准确。

1.2 疑问解答

当探头探测到待测试的电路后，探头转化为被测电路的一部分，因此探头的内部负载特性对被测电路是有所影响的。探头的负载特性包括3部分：①阻性负载；②容性负载；③感性负载。

探头的负载效应中的阻性负载相当于在被测电路上并联了一个电阻，对于测信号影响是起到了分压的作用，直接影响被测信号的幅度和直流偏置。当被测物内阻为100 mΩ时，根据电阻放电公式计算：

式中：

时间常数τ=RC。

1）当被测物内阻100 MΩ，电容0.1 uF时，如下第一行数据，探头内阻无穷大，此时理论计算值1 s时残压281.5 V，这个作为真值。

2）当被测物内阻100 MΩ，电容0.1 uF时，如下第二行数据，探头内阻100 MΩ，此时理论计算值1 s时残压254.7 V，测量误差（281.5～254.7）/281.5 = 9.52 %。

3）当被测物内阻100 MΩ，电容0.1 uF时，如下第三行数据，探头内阻1 000 MΩ，此时理论计算值1 s时残压278.7 V，测量误差（281.5～278.7）/281.5 = 1 %。

一般情况下，推荐探头的电阻R是被测源电阻的10倍以上，以维持小于10 %的幅度误差。如测试阻抗为110 kΩ，选取探头阻抗为1 MΩ，测试误差即为10 %；选取探头阻抗为110 kΩ的话，测试误差则达到50 %。

从表1、图2测试结果来看，探头阻抗直接影响测试结果准确性，针对不同阻抗的被测样品，要选取与之对应的示波器探头，从而来保证测试结果的准确性。

表1 不同探头内阻插头放电计算结果

2 实例分析

根据GB 4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全第1部分通用要求》第22.5条要求[1]，使用内阻为100 MΩ的电压探头测试某适配器搭配的家电产品残压时，测试结果为40 V（图3），不满足国标要求的在断开后的1 s时，电压不应超过34 V。

适配器原理图如图4，从原理图分析，此款适配器没有X2电容，理论上不存在放电的残余电压。测试探头阻抗为100 MΩ，容抗为25 pf，而适配器测试阻抗为100 MΩ，明显探头已不符合测试要求。

同时，使用Simplorer软件对适配器原理进行仿真建模，如图5、6所示，从峰值电压m1处310.9 V断开到达m2处，1 s内电压已经降为0 V，且从仿真结果可以看出基本在一断电的时候，电压已降为0 V。

又使用同一厂家另一款适配器，阻抗大小3.4 MΩ，进行测试，在断电1 s时，残余电压为5 V（图7）左右，满足国标GB 4706.1-2005 中22.5要求。

经对俩个适配器对比分析，二者原理图一致，区别在于阻抗不一致，导致净化器残压测试不合格的原因并非产品本身问题，而是探头选取不当，导致的结果偏差。新适配器内阻在100 MΩ左右，按IEC的CTL决议探头选取100 MΩ左右，但是协议未对探头的使用范围做说明，对于高内阻产品测试阻抗为100 MΩ的探头已经不能满足需求。

3 结语

1）按IEC的CTL决议探头阻抗选取＞100 MΩ，但是协议未对测试高内阻产品如何选择探头做出明确声明，决议要求探头阻抗＞100 MΩ，但是具体大多少合适需要一个具体的范围。对于高阻抗产品，100 MΩ阻抗的电压探头已不能满足测试要求。通过分析研究，示波器的探头应当被看作被测电路中的一部分, 因此它对被测电路的信号会产生一定的影响，如果想要运用示波器测试到准确的信号值，就一定要根据实际的测试进行相应的阻抗匹配以及合适的测试探头，否则，测到的信号指标值与真实信号值就有可能产生较大的差异，甚至可能会得到截然不同的结果。推荐探头的电阻R〉10倍被测源电阻，以维持小于10 %的幅度误差。

2）带适配器的产品，我们首先得保证适配器的残余电压是否合格，如果适配器装载在样机内部，无法单独进行测试时，为保证测得残余电压的最大值，我们应该分别在为充满电和充满电两种情况下分别进行残余电压测试。

3）本文根据最新版的IEC安全标准，并结合实际问题对智能家电电器的残压测试方法进行了梳理及分析，帮助读者更好地对标准理解、方法掌握，并有助于用于平时评审测试，降低评审失效风险。