合适的电源对于符合新的 IEC/UL IEC-62368 消费类产品安全要求至关重要

除了众多功能和性能目标，以及效率和电磁干扰 (EMI) 强制标准外，消费类产品设计人员还必须满足一系列安全相关的要求。这些法规要求很复杂，但新标准（针对信息和通信技术 (ICT) 与音频/视频 (A/V) 设备的 IEC 62368-1 安全标准）将对设计人员有所帮助，但前提是他们要了解该标准的目的和要求。

本文撰写之时，有两个广泛使用的标准覆盖这些领域：IEC 60950‑1，信息技术设备 – 安全；及 IEC 60065，音频、视频和类似电子设备 - 安全要求。2020 年 12 月 20 日，这些标准将被撤销并由单一的 IEC 62368-1 标准取而代之。

新标准不单单消除了旧标准的两个产品类别之间存在的差异和重叠，还将安全观点从“基于事故”的评估转变为“基于危害”的评估，同时对要求进行了相应调整，以适应现有技术但又不限制新兴技术的发展。

本文将讨论 IEC 62368-1 的作用和要点，及其对设计的影响。接着会探讨各种功能和子系统，特别是在满足新标准方面扮演重要角色的电源。最后，介绍来自 CUI Inc. 的电源解决方案。该解决方案符合强制标准，可支持工程师更轻松地获得产品批准并将产品更快地推向市场。

IEC 62368-1：出台原因以及针对的产品

就在几十年前，A/V 产品和信息技术 (IT) 产品，即计算机产品之间还存在明显的区别。因此，这些传统产品的每一类都有自己关联的安全标准。但是，随着技术和产品的进步和变化，这两个类别之间的界限变得模糊，并且两者之间的重叠部分大幅增加。这就导致需要新的联合安全标准来代替单独的标准。

IEC 62368-1 的原始版本由国际电工委员会 (IEC) 制定，该机构是世界上最古老的标准制定机构之一。为此，IEC 组建了由专家、学者和政府官员组成的技术委员会 (TC) 108，其任务是制定新的标准来代替 IEC 60065 和 IEC 60950-1，而不仅仅是修订和更新每个标准（图 1）。随后，由 TC 108 制定的标准被 IEC 正式采用，许多国家和地区也与该标准“协调一致”，包括美国。

图 1：IEC 62368-1 是全新的安全标准，采用了涵盖各种消费类产品和办公产品的全新方法，但它其实有一定的发展历史和背景。（图片来源：Power Systems Design）

IEC 62368-1 涵盖的众多产品类别包括但不限于：

• 计算产品和网络产品（服务器、PC、路由器、笔记本/膝上型电脑、平板电脑及其电源）
• 消费类电子产品（放大器、家庭影院系统、数码相机和个人音乐播放器）
• 显示屏和显示装置（显示器、电视和数字投影仪）
• 电信产品（网络基础设施设备、无绳电话和手机，以及类似的通信设备，包括电池供电的设备）
• 办公设备（复印机和碎纸机）
• 家庭、学校以及类似机构和环境中所用的各种类型音频/视频、信息和通信技术设备

IEC 62368-1 不是对其两个前身标准进行更新和合并后的简单修订版。相反，它使用基于危害的方法，正式名称是基于危害的安全工程 (HBSE)，来涵盖与电子设备和 IT/通信技术相关的安全问题。新方法强调可能存在的风险，同时允许制造商自由决定如何设计针对这些风险的防护措施，而不是罗列和定义详细的安全要求说明。因此，它更加强调在设计阶段评估产品的安全性。采用 HBSE 原则的 IEC 62368-1 具有以下特性：

• 它更加注重性能，但也允许（目前）已接受的结构，前提是该结构以前经证明是安全的（例如，在 IEC 60065 和/或 IEC 60950-1 中的结构）
• 它与技术无关（在定义的范围内），并允许更多的设计自由度
• 它适用于更广泛的现有电子产品，但也支持将新技术投入全球市场

2020 年 12 月 20 日，IEC/UL/CSA 60950-1 和 IEC/UL/CSA 60065 将被正式撤销。在此日期之后，制造商要向市场推出产品，就必须满足 IEC/UL 62368 的要求，以确保合规性。

请注意，有一项重要的临时规定仍允许公司继续在已经过 62368-1 认证的产品中使用 60950-1 或 60065 部件库存，其实就是对特定情况和地区实施“祖父条款”。具体内容如子条款 4.1.1 中所述：“符合 IEC 60950-1 或 IEC 60065 的元器件和子组件可作为本标准所涵盖的设备的一部分，无需进一步评估，而只需考虑此类元器件或子组件在最终产品中的适用性。”例如，对于所列出的电源，这种“考虑”就很简单，只要确保仅在既定电气额定值的范围内使用产品即可。

HBSE：具体含义

HBSE 要求产品制造商证明已考虑已知的危害，并且产品设计为可在预期条件下安全使用。换句话说，它不是仅仅说“您需要保护用户免受这种特定情况的影响，例如可能会暴露的已知高压点”，而是说“您需要评估各种危害并根据每种危害的类型和级别进行适当的处理。”

这样，它强调的就不再是制造商只需证明已符合规定的规范。请注意，它不需要风险分析，而其他标准仍然需要，例如 IEC 60601-1 - 医疗电气设备 - 第 1-2 部分：基本安全和基本性能通用要求 - 并列标准：电磁干扰 - 要求和测试。

HBSE 通过要求制造商识别任何潜在的危险能量以及该能量可能传递给用户的机制，来设定保护设备用户的目标。然后，他们必须提出并实施适当的方法，以防止在正常操作和故障情况下发生这些能量传递。要有适当的防护措施来防止直接因电能（触电）或热灼伤造成的疼痛或伤害，和/或防止可能导致疼痛、受伤、死亡或财产损失的电气火灾。最后，HBSE 还会评估防护措施的有效性。

HBSE 模型包括三个模块：能量源、传递机制和身体部位（图 2）。将能量源所构成的风险（即危害）的“解决方案”表示为类似的三模块模型，但是用防护措施取代能量传递机制。

图 2：IEC 62368-1 的策略是识别危险能量源及其通向用户的可能路径，然后提供针对该能量路径和能量流的防护措施。（图片来源：InComplianceMag.com）

IEC 62368-1 还要求制造商针对不同类型的用户和能量源考虑所需的防护措施级别，每项分为三类。对于用户而言，这三类是“熟练人员”、“受过培训的人员”和“普通人员”。能量源按照表格分类，该表格的简化版本如图 3 所示。

图 3：IEC 62368-1 识别能量源的三个危险等级，然后定义必须为每个等级提供何种程度（如果有）的防护措施。（图片来源：CUI）

然后，将用户级别和能量源这两个分级标准合并为一个矩阵（图 4）。

图 4：为了确定每种能量源所需的防护措施级别和类型，IEC 62368-1 标准将能量源风险与用户的技术水平和专业知识相结合。（图片来源：SGS SA）

当用户从普通人员向下移动到熟练人员时，用户的风险会减小，而随着能量源的级别从左向右依次增大，危险会变得越来越大。因此，根据该标准，使用第 3 类产品（能量源 3 或 ES3）的普通人员将需要额外或加强的防护措施，例如双重绝缘或特殊屏蔽，而使用 ES3 产品的熟练人员则不需要相同级别的保护。

IEC 62368-1 使用四步过程：

• 第一，识别能量源
• 第二，区分能量源的类别（1 类、2 类或 3 类）
• 第三，确定适当的防护措施
• 最后，评估所选防护措施的有效性

防护措施分为两组——方法和级别，其中“方法”指定了防护措施发挥作用的方式，而“级别”则描述了防护措施的强度（图 5）。

图 5：IEC 62368-1 确定所需的适当防护措施级别，然后分析实施方法。（图片来源：SGS SA）

首先查看能量

能量级别以及电压和电流，是合规性的关键。如果能量级别较低 (ES1)，则几乎没有什么可担心的。请注意，对应于 ES1、ES2 和 ES3 的具体电流和电压限制有所不同，并且也可能取决于频率。例如，低于 1 kHz 时，ES1 限制为 30 Vrms、42.4 V 峰值和 60 VDC，而 ES2 限制为 50 Vrms、70.7 V 峰值和 120 VDC。

更为复杂的是，设备必须符合适用的能量类别中规定的电压限制或电流限制，但不必同时符合两者。此外，标准定义的限值还会因正常或异常工作情况或单一故障条件而异；甚至有小节详细介绍了关于脉冲波形及其关闭时间的限制（图 6 和图 7）。

图 6：由于电气火灾是由功率与时间的组合引起的，因此 IEC 62368-1 标准注重这两个关键参数之间的关系。（图片来源：CUI）

图 7：该标准还描述了可能引起电气火灾的能量级别。（图片来源：CUI）

设计工程师应该做什么？

认为自己了解新标准并因此可轻松遵守新标准的设计人员属于以下两组之一：

1. 参加过标准相关的课程、接受过培训、已经使用现有 IEC 标准，以及亲自完成审批流程的人。
2. 无知和/或行事莽撞的人。这是因为该标准提出了一套复杂、有时令人混淆的要求。而且，确定防护措施方案还包含从一长串清单中做出选择。而知道使用哪一项，但在什么情况下使用以及如何使用则不明显或非常琐碎。

需要考虑的防护措施可能包括但不限于保护性接地（真正的“接地”）、电气外壳、防火外壳和绝缘保护。此外，还有安装的保护措施（例如与外部地面的连接）以及指示性防护措施，包括安全标志。最后，针对普通人员接受熟练人员指导的情况，应设计预防措施，甚至是所谓的“基于技能”的防护措施，这些措施允许熟练的从业者依靠能力保护自己免遭 2 类和 3 类能量源带来的危险伤害。

首先关注电源

设计人员必须关注的第一个问题是：将此设计置于危险区域的主要能量源是什么？对于该标准涵盖的许多产品，答案显而易见：就是交流电源。因此，如果选择了符合标准的电源，然后正确部署，则许多合规性问题都会消失，而设计挑战也会大幅减少。

幸运的是，像 CUI 这样的电源供应商一直在研究和分析新标准，以期在 2020 年 12 月的截止日期前做好准备，并且已经提供了一系列超出要求的交流电源。其中包括功率相对较低（低于 10 瓦）到中等功率的电源，甚至包括三位数功率的较大电源。以下三个示例说明了这些电源的范围和功能。

CUI 的 SWI6-9-N-P5 是一款 9 V、6 W 的 AC/DC 壁装电源适配器，属于输出范围为 3.3 V 至 15 V 的适配器系列（图 8）。工作电压为 90 至 264 VAC，并符合美国能源部 (DoE) 的 VI 级能效要求，空载功耗低于 0.1 W。它外形小巧，重量为 78 g (2.75 oz)，尺寸为 56 mm × 28 mm × 42 mm (2.2 × 1.1 × 1.65 in)，并提供过流保护、过压保护和短路保护。

图 8：CUI Inc. 的 SWI6-9-N-P5 是一款 9 V、6 W 的 AC/DC 壁装电源适配器，完全符合 IEC 62368-1 的外部使用要求。（图片来源：CUI）

CUI 的 SMI18-24-V-P5 可提供更高的额定电压和功率，是一款 24 V、18 W 的壁装电源适配器，配备多插片插头适配器，属 5 V 至 24 V 装置系列（图 9）。该装置符合 DoE VI 级、CoC 2 级能效等级标准，空载功耗低于 0.075 W，并具有类似于 6 W 适配器的保护功能。这款通用输入电源重 170 g (6 oz)，尺寸为 75 × 35.8 × 65.6 mm (3 × 1.4 × 2.6 in)，其独特之处在于，它配备了可更换的交流插片，可在全球使用（北美、欧洲、英国、澳大利亚和中国）。

图 9：SMI18-24-V-P5 是一款符合 IEC 62368-1 标准的 24 V、18 W 壁装电源适配器，配备一套多插片插头适配器，因此同一装置可在全球使用。（图片来源：CUI）

当然，许多应用还需要更高的额定功率，例如 CUI 的 SDI120-12-U-P51 AC/DC 桌面适配器所提供的功率。该适配器的额定电压为 12 V，额定功率为 120 W，属于此额定功率的 12 V 至 48 V 产品系列（图 10）。这款符合 IEC 62368-1 标准的电源可提供 DoE VI 级能效（230 VAC 下的空载功耗为 0.21 W），并且功率因数大于 0.9。该电源重 580 g (20.4 oz)，尺寸为 168.1 × 65.9 × 39 mm (6.6 × 2.6 × 1.5 in)，不带交流电源线，但可以选购带有与当地交流插座匹配的插头和配置的电源线。

图 10：对于壁装适配器不合适或不希望使用更高功率的场合，可以使用外部 SDI120-12-U-P51 AC/DC 桌面适配器；单独选配合适的交流电源线。（图片来源：CUI）

总结

针对消费类和相关产品的 IEC/UL IEC-62368-1 标准将于 2020 年 12 月的确定日期生效。该标准非常复杂，并采用了基于危害的方法来评估潜在的安全问题及相应的防护措施，这与以前的标准相比有很大的不同。从选择超出此标准要求的 AC/DC 电源开始，大幅简化了设计工程团队的任务，并将最终产品的审批风险降至最低。

CUI 参考文献

1. “IEC 62368-1: An Introduction to the New Safety Standard for ICT and AV Equipment”
2. “The Latest on IEC 62368-1: More Time to Comply, But a Harder Deadline”