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引言

安全性是指，產(chǎn)品所具有的不導(dǎo)致人員傷亡、系統(tǒng)損壞、重大財產(chǎn)損失或不危及人員健康和環(huán)境的能力。安全性是各類產(chǎn)品的一種共有的固有屬性，與可靠性、維修性和保障性等密切相關(guān)，是各種產(chǎn)品必須滿足的首要設(shè)計要求，是通過設(shè)計賦予的產(chǎn)品屬性。因此在產(chǎn)品研制過程中針對GJB/Z 99-1997《系統(tǒng)安全工程手冊》提出的15類危險，需要采用各種不同的安全性設(shè)計方法（詳見表1）。

本文以某家用電器著火案例為分析對象，簡要介紹了著火事故的分析思路以及故障—安全設(shè)計的基本原則和設(shè)計方法。

表1 危險類型及對應(yīng)的控制原則

1、家用電器著火案例分析

      某公司生產(chǎn)的某家用電器產(chǎn)品在市場終端出現(xiàn)燒毀的現(xiàn)象，燒毀的典型照片見圖1。產(chǎn)品內(nèi)部有3塊PCBA，分別是顯示板、電源板和主板，電源板與主板作為一個組件安裝在同一個電控盒內(nèi)。拆開整機外殼后發(fā)現(xiàn)燒毀痕跡集中在電源板與主板組件上，見圖2。對燒毀組件進行再拆解可見主板大面積熏黑，有明顯的燒毀形貌，而電源板表面干凈，無明顯燒毀形貌，典型形貌見圖3。

1.1、外觀檢查

      對失效品進行外觀檢查發(fā)現(xiàn)，失效品的失效形貌基本一致，高溫碳化區(qū)域均集中在主板的LED驅(qū)動IC，見圖4和圖5，而電源板上沒有明顯的燒毀形貌。

1.2、電源板電性能測試

      樣品的電源板實現(xiàn)交流輸入轉(zhuǎn)化為13V直流輸出功能。電源板主要由PFC電路和LLC電路兩部分組成，其中PFC電路實現(xiàn)將交流輸入轉(zhuǎn)化為約390V直流電壓；LLC電路實現(xiàn)將PFC的390V輸出電壓轉(zhuǎn)換為13V直流輸出。

      測試失效品的電源板的PFC輸出電壓、13V輸出電壓發(fā)現(xiàn)，PFV輸出電壓均正常，但13V輸出電壓遠超出額定值，測得最高電壓為28.75V，最低電壓為22.67V。

1.3、LED驅(qū)動IC功率分析

      從失效品的主板外觀檢查結(jié)果得知，LED驅(qū)動IC附近均存在高溫碳化的痕跡，結(jié)合失效品的電源板的13V輸出電壓測試結(jié)果，懷疑LED驅(qū)動IC存在過功率現(xiàn)象，因此測試并評估在不同輸入電壓下LED驅(qū)動IC的功率。

      設(shè)置電源電壓從13V開始，以1V為步進逐步提高至18V。當(dāng)電壓高于14V時，流過LED的電流維持在約0.96A，由于流過LED的電流維持不變，故LED上的壓降也維持不變，那么輸入電壓增加的部分就都消耗在LED的驅(qū)動IC上。所以當(dāng)電源板輸出電壓過高時會導(dǎo)致LED驅(qū)動IC功率過高、溫度急劇上升，最終使樣品出現(xiàn)燒毀。

1.4電源板輸出異常分析

      樣品的電源板所使用的開關(guān)電源拓撲為LLC型半橋諧振：通過調(diào)整開關(guān)頻率（占空比固定，約為50%）以保證在不同負載情況下輸出電壓穩(wěn)定。

      穩(wěn)定輸出電壓的負反饋電路以光耦為核心，通過測量失效品電源板上光耦的CTR值發(fā)現(xiàn)，失效品的CTR最大值為28%，遠低于規(guī)格書中300%～600%。

      過低的CTR使光耦在同等輸入電流情況下，接收三極管流過的電流非常微弱。當(dāng)輸出電壓偏高時，光耦的發(fā)光二極管電流IF增加，但是由于CTR非常小造成光耦接收三極管電流ICE無法相應(yīng)增加，進而導(dǎo)致電源IC的開關(guān)頻率無法進行調(diào)整，同時由于在電源板輸出回路中沒有設(shè)計過壓檢測控制電路（即在輸出電壓過高時切斷電源輸出），最終使電源的13V輸出電壓持續(xù)偏高。

1.5、分析結(jié)果

      對失效品的電源板上的光耦進行制樣并進行SEM觀察發(fā)現(xiàn)，失效光耦缺少保護發(fā)光二極管的軟膠（屬于工藝缺陷），使得發(fā)光二極管在與硬質(zhì)導(dǎo)光膠的交界處容易發(fā)生開裂（見圖6～圖9），導(dǎo)致發(fā)光二極管發(fā)出的光強度低于良品，進而導(dǎo)致CTR降低而失效。光耦失效后導(dǎo)致電源板輸出電壓過高，進而使得LED燈條驅(qū)動IC的功率急劇上升，最終使主板燒毀。

1.6整改建議

1）更換物料，同時對新引入的物料進行包括結(jié)構(gòu)分析、參數(shù)一致性等手段在內(nèi)的新品認證和來料認證，保證物料的高可靠性。

2）在電源板輸出回路中加入過壓檢測控制電路，在輸出電壓過高時切斷電源輸出，保護主板，即故障—安全設(shè)計

2 故障—安全設(shè)計

      故障—安全設(shè)計是確保故障發(fā)生后不會影響系統(tǒng)安全，或使系統(tǒng)處于不會傷害人員或損壞產(chǎn)品的工作狀態(tài)。在大多數(shù)的應(yīng)用中，這種設(shè)計在系統(tǒng)發(fā)生故障時發(fā)揮作用并使系統(tǒng)停止工作。

2.1、在任何情況下，必須保證的故障—安全設(shè)計的基本原則如下：

1）保證人員安全；

2）保護環(huán)境，避免引起爆炸或火災(zāi)之類的災(zāi)難事故；

3）防止產(chǎn)品損壞；

4）防止降低產(chǎn)品性能使用或喪失功能。

2.2、故障—安全設(shè)計包括如下三類方法：

參考文獻：

[1] GB 4706.1-2005, 家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求.

[2] GJB/Z 99-1997, 系統(tǒng)安全工程手冊.

[3]趙廷第, 焦健等. 安全性設(shè)計分析與驗證.