IEC 62368-1 标准关于集成电路（IC）限流器的要求及应用

雷晓阳

（福建省产品质量检验研究院 福州 350015）

引言

IC 限流器主要运用于PS2/PS1 功率源与PS3 功率源的隔离，实际使用中大多体现为限流功能。IEC 60335-1标准已率先对“电子电路保护装置”提出要求，将电脉冲等试验应用于IC 限流器，并在试验后评估功率源隔离或限制电流的性能。

IEC 62368-1 标准《音视频、信息技术和通信技术设备 第1 部分：安全要求》规定，只要试验结果能够证明功率源隔离或限制电流性能达到标准认可的可靠性，IC限流器可以豁免单一故障条款中的模拟器件故障考核，划分到PS2 功率源，进而降低防火防护要求。

1 IEC 62368-1 标准对IC 限流器的要求

近年来，通用串行总线（USB）和以太网供电（PoE）发展水平提升明显，其最大传输电功率已超过百瓦。音视频、信息技术和通信技术设备在进行IEC 62368-1 标准中的异常和单一故障条件试验时，容易发生电压、电流和功率水平增加超过行业技术规范（例如USB PD 3.1协议和IEEE 802.3 协议等）限制的情况。即使与之相连接的附件、电路、连接器和电缆已单独满足IEC 62368-1标准中关于ES2、PS2 和/或受限制电源等有关规定要求，仍然可能出现过热、损坏等情况。

USB PD 3.1 协议和IEEE 802.3 协议参数规格分别见表1 和表2。

表1 USB PD3.1 协议参数规格

表2 IEEE 802.3 协议参数规格

在IEC 62368-1 标准中，为限制功率源中的电流，使用IC 限流器来限制电流以便获得输出功率成为PS1 或PS2。IC 限流器的基本原理为当输出电流超过IC 限流器阈值时，电流检测系统发出电平信号给过流保护电路，过流保护电路启动电荷泵进行电流调节，进而达到限制电流的作用。

标准规定只要满足下列所有条件，则不用对其输入到输出进行短路：

——除ES1 电路中的IC 限流器外，在输入和输出引脚之间为适用的工作电压提供加强绝缘的电气间隙和爬电距离（仅IEC 62368-1:2010 版本执行）；

——在正常工作条件下，并考虑任何规定的漂移，IC 限流器能将电流限制在制造商规定的电流值（不大于5 A）；

——IC 限流器是全电子的，且不能手动操作或复位；

——IC 限流器的输出电流被限制在5 A 或以下（规定的最大负载）；

——在每项条件试验后，IC 限流器将电流或电压限制在要求值以内，按适用情况考虑制造商规定的漂移值；

——通过可靠性试验程序。

在功率电路中合理使用IC 限流器，能够依靠其有效的电流限制能力，控制电路中的功率源等级不超过IEC 62368-1 标准要求和行业技术规范要求。当IC 限流器不满足IEC 62368-1 标准的可靠性试验时，必须按照模拟的单一故障条件条款，将IC 限流器的任何两根引线短路以及任何一根引线开路，以模拟限流电路失效情况。IC限流器往往串联在功率传输线路中，一旦短路失效则起不到限流功能。因此，IC 限流器除满足参数规格要求，还必须满足标准的可靠性试验要求。

2 IEC 62368-1 不同标准版本对IC 限流器可靠性试验的差异

IEC 62368-1 不同标准版本除了IC 限流器试验布置（见图1）一致外，在IC 限流器可靠性试验程序、步骤等内容有很大差异。

图1 IC 限流器可靠性试验示例

根据IC 限流器封装和设计特征，无源器件的输入端和电源端为同一概念，有源器件则应根据实际情况加以区分。试验用电源要至少能提供250 VA 的容量，除非IC 限流器具有较低的规格或在最终产品中进行试验。由制造商提供下列规格用于试验：

——电源限制/规格（如果小于250 VA）；

——最大输入电压（V）；

——最大输出负载（A）。

IEC 62368-1:2010 对IC 限流器可靠性试验要求如下：

1）满足IEC 60730-1:1999 第H.17.1.4.2 小节；

2）100 Ω 电阻和425 uF 电容并联至输出端，循环使能端开启关闭10 000 次；

3）352 mH（1 kHz）和直流阻抗低于11 Ω 的铁芯电感连接至输出端，循环使能端开启关闭10 000 次；

4）425 uF 电容连接至输入端，输出端短路，循环使能端开启关闭10 000 次；

5）425 uF 电容连接至输入电源端，输出端短路，使能端保持开启，循环输入端开启关闭10 000 次；

6）352 mH（1 kHz）和直流阻抗低于11 Ω 的铁芯电感连接至输入电源端，使能端保持开启，输出端短路，循环输入端开启关闭10 000 次；

7）使能端保持开启，输出端短路，循环电源端开启关闭50 次；

8）使能端保护开启，输出端接最大负载，循环电源端开启关闭50 次；

9）使能端保持开启，循环“电源端恢复→输出端短路→电源端移除→电源端恢复→输出端短路移除→电源端移除”50 次；

10）断电进行3 次循环：70 ℃环境放置24 h →室温环境放置1 h →-30 ℃环境放置至少3 h →室温环境放置3 h；

11）通电进行10 次循环：49 ℃环境放置10 min，0 ℃环境放置10 min，高低温过渡转换时间5 min。

IEC 62368-1:2014 对IC 限流器可靠性试验要求如下（3 个程序，任选其一满足即可）：

程序1

1）（100±5）Ω 电阻和（425±10）uF 电容并联至输出端，循环使能端开启关闭10 000 次；

2）（0.35±0.1）mH（1 kHz）和直流阻抗低于1 Ω的铁氧体磁芯电感连接至输出端，循环使能端开启关闭10 000 次；

3）（425±1）uF 电容连接至输入端，输出端短路，循环使能端开启关闭10 000 次；

4）（425±1）uF 电容连接至输入电源端，输出端短路，使能端保持开启，循环输入端开启关闭10 000 次；

5）（0.35±0.1）mH（1 kHz）和直流阻抗低于1 Ω的铁氧体磁芯电感跨接在输入电源端和输出端，使能端保持开启，输出端短路，循环输入端开启关闭10 000 次；

6）使能端保持开启，输出端开路，循环输出端短路开路50 次；

7）使能端保持开启，输出端短路，循环电源端开启关闭50 次；

8）使能端在电源端正常时保持开启，循环“输出端短路→电源端移除→电源端恢复→输出端短路移除→电源端移除”50 次。

程序2

1）使能端保持开启，输出端开路，循环输出端短路开路50 次；

2）使能端保持开启，输出端短路，循环电源端开启关闭50 次；

3）使能端保护开启，输出端最大负载，循环电源端开启关闭50 次；

4）使能端在电源端正常时保持开启，循环“输出端短路→电源端移除→电源端恢复→输出端短路移除→电源端移除”50 次；

5）断电进行3 次循环：（70±2）℃环境放置24 h →室温环境放置1 h →（-30±2）℃环境放置至少3 h →室温环境放置3 h；

6）通电进行10 次循环：（50±2）℃环境放置10 min，（0±2）℃环境放置10 min，高低温过渡转换时间5 min；

7）覆盖2 层纱布，输出端短路7 天。输出端串联5 A 快熔断器不开路且监测电流不超过5 A。

程序3

1）满足IEC 60730-1:2010 第H.17.1.4.2 小节；

2）（100±5）Ω 电阻和（425±10）uF 电容并联至输出端，循环使能端开启关闭10 000 次；

3）（0.35±0.1）mH（1 kHz）和直流阻抗低于1 Ω的铁氧体磁芯电感连接至输出端，循环使能端开启关闭10 000 次；

4）（425±1）uF 电容连接至输入端，输出端短路，循环使能端开启关闭10 000 次；

5）（425±1）uF 电容连接至输入电源端，输出端短路，使能端保持开启，循环输入端开启关闭10 000次；

6）（0.35±0.1）mH（1 kHz）和直流阻抗低于1 Ω的铁氧体磁芯电感跨接在输入电源端和输出端，使能端保持开启，输出端短路，循环输入端开启关闭10 000 次；

7）使能端保持开启，输出端短路，循环电源端开启关闭50 次；

8）使能端保护开启，输出端最大负载，循环电源端开启关闭50 次；

9.）使能端在电源端正常时保持开启，循环“输出端短路→电源端移除→电源端恢复→输出端短路移除→电源端移除”50 次；

10）断电进行3 次循环：70 ℃环境放置24 h →室温环境放置1 h →-30 ℃环境放置至少3 h →室温环境放置3 h；

11）通电进行10 次循环：49 ℃环境放置10 min，0 ℃环境放置10 min，高低温过渡转换时间5 min。

IEC 62368-1:2018 及IEC 62368-1:202X（ED4）对IC限流器可靠性试验要求如下：

使用6 个样品进行试验，试验程序见表3。

样品1：第1 行；

样品2：第2 行和第3 行；

样品3：第4 行和第5 行；

样品4：第6 行；

样品5：第7 行；

样品6：第8 行。

在可靠性试验程序后，IC 限流器能按其适用的规格限制电流或器件开路。IC 限流器开路时，用新的样品替换并继续进行适用的试验。

从标准发展历程上看，IEC 60950-1:1999（IEC 62368-1 的前身）已有两套测试程序。IEC 62368-1:2010 又开发出一套测试程序。IEC 62368-1:2014 认为这三个方案足够充分，因此均保留。直到2015 年3 月，Northbrook HBSDT 会议特设委员会考虑下述指导原则修订了试验程序：

1）应简化测试程序中的测试次数，专注于最可能从安全角度识别IC 限流器设计缺陷的测试和条件。例如，允许流过比设计电流更大的电流。某些已有条件是多余的，或识别这些缺陷的价值值得怀疑。

2）适用于半导体器件的测试条件，而不是适用于传统机电设备的测试条件。例如，与半导体器件（例如IC限流器）相比，10 000 次循环测试对机电装置（相对于部件磨损）具有更强适用性。

3）单独测试时，在合理的情况下结合测试条件以提高效率，同时尝试使测试与自动化过程更加兼容（例如，将各温度测试结合为其他所需测试的子条件）等。

因此，在IEC 62368-1:2018 及后续版本中，可靠性试验程序相较于IEC 62368-1:2010 及2014 版本内容，在环境高低温试验、电子电路通断循环试验、输出过载及短路试验方面显得更有针对性。然而，为避免出现标准换版差异的重复测试，一般认为已通过IEC 62368-1:2014 测试程序的IC 限流器满足IEC 62368-1:2018 及后续版本测试程序，不需要复测。

3 IC 限流器在IEC 62368-1 标准中的实用性

IEC 62368-1 标准中，防火防护理念与功率源等级息息相关。按标准6.4.5 条款的要求，单一故障条件下着火的安全防护中，控制PS2 电路中的火焰蔓延，考虑到减小PS2 电路中的火焰蔓延到周围的可燃材料的可能性，符合附录Q 要求的电路被认为是PS2 功率源。因此，若不满足附录Q 或PS2，则应划分功率源电路到PS3 级别，必须附加安装防火防护外壳。

按标准有关规定测量，PS1 为功率源在3 s 后测量值不超过15 W 的电路，PS2 为超过PS1 限值且5 s 后测量不超过100 W 的电路。详见图2。

图2 功率源分级

附录Q 受限制电源中涉及IC 限流器的内容如下：

符合如下要求，认为是受限制电源：

——IC 限流器通过可靠性试验，并根据表4 限制输出电流（仅IEC 62368-1:2010、IEC 62368-1:2014 执行）；

表4 内在受限制电源的限值

——IC 限流器通过可靠性试验（仅IEC 62368-1:2018 执行）；

——IC 限流器通过可靠性试验且IC 限流器正常输出电压范围不超过60 Vdc（IEC 62368-1:202X（ED4）执行）。

IEC 62368-1:2010 和IEC 62368-1:2014 版本中，使用IC 限流器必须满足表4 要求，可用功率始终局限在100 W 内。附录Q 受限制电源分为内在受限制电源（100 VA）和非内在受限制电源（由过流保护装置控制功率限值250 VA），实际上附录Q 是在PS2 电路的100 W 基础上，以过流保护装置为可靠器件，放宽功率限值要求。IEC 62368-1:2018 及后续版本，只要60 Vdc电路中使用的IC 限流器通过可靠性试验，就认为满足受限制电源要求，则不再有功率限制。

以表1 中的USB PD 3.1 协议的ERP 和AVS 模式为例，该模式下最大输出达到48 V/5 A 级别，远超100 W。而IC 限流器的使用，不仅满足电路输出功率的要求，也满足IEC 62368-1 标准中受限制电源规定，降低防火防护要求。因此，IC 限流器在USB PD 协议产品中得到全面使用。

4 结语

IC 限流器运用于PS2/PS1 功率源与PS3 功率源的隔离时，能起到良好的限流效果。然而，IEC 62368-1 标准对IC 限流器仅给出60 Vdc 电压限制和5 A 电流限值，只要合规就认为是受限制电源，对使用多个限流器并联未有明确规定。

IC 限流器的使用初衷是基于安全标准规定豁免单一故障测试，保证功率源不会输出超出行业技术规范要求。如果用电设备遵循行业技术规范，无论使用一个或并联多个IC 限流器，输出功率应当满足行业技术规范。如果用电设备无明确的行业技术规范，建议仅使用一个IC 限流器控制输出功率。