溫明森

摘 要：依據(jù)IEC 62368-1：2018，闡述無(wú)線功率發(fā)射器的溫升要求。通過(guò)比對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)限值過(guò)于嚴(yán)苛，建議放寬要求，或增加異物識(shí)別規(guī)定。

關(guān)鍵詞：IEC 62368-1；無(wú)線功率發(fā)射器；金屬異物；溫升；異物識(shí)別

0 引言

無(wú)線功率傳輸大號(hào)是一種基于線圈之間的近場(chǎng)電磁感應(yīng)，將電能從發(fā)射器傳輸?shù)揭苿?dòng)設(shè)備（接收器）的非接觸式電能傳輸方法（見圖1）。

無(wú)線功率發(fā)射器產(chǎn)生交變電流通過(guò)線圈產(chǎn)生方向不斷改變的交變磁場(chǎng)，磁場(chǎng)內(nèi)如果存在金屬異物，其內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生渦旋電流，渦旋電流的焦耳效應(yīng)會(huì)使物質(zhì)溫度上升[1]。例如在手機(jī)無(wú)線充電器與手機(jī)間塞入鑰匙扣、硬幣等金屬異物后，金屬異物很快就會(huì)發(fā)熱，燙壞充電器和手機(jī)（見圖2），嚴(yán)重的可能使手機(jī)電池過(guò)熱發(fā)生爆炸。

1 金屬異物的標(biāo)準(zhǔn)要求

IEC 62368-1：2018 Audio/video， information and communication technology equipment-Part 1： Safety requirements《音視頻、信息技術(shù)和通信技術(shù)設(shè)備第1部分：安全要求》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，用于近場(chǎng)無(wú)線功率傳輸?shù)臒o(wú)線功率發(fā)射器可以加熱可能放置在發(fā)射器附近或放置在該發(fā)射器上的金屬異物。為了避免由于金屬異物的高溫產(chǎn)生灼傷，應(yīng)對(duì)發(fā)射器按照以下步驟進(jìn)行測(cè)試：

無(wú)線功率發(fā)射器置于室內(nèi)，室內(nèi)環(huán)境溫度為25±5 ℃，將每一種異物直接放置在發(fā)射器上進(jìn)行一次試驗(yàn)。

每次試驗(yàn)有4個(gè)周期。

● 沒(méi)有接收器，異物直接接觸發(fā)射器；和

● 接收器與異物直接接觸；和

● 接收器距離異物2 mm放置；和

● 接收器距離異物5 mm放置。

發(fā)射器以最大發(fā)射功率工作。在每個(gè)周期內(nèi)，異物可以在發(fā)射器上移動(dòng)，以便找到能產(chǎn)生最高溫度的位置。試驗(yàn)中，異物的溫度不得超過(guò)70 ℃[1]。金屬異物有3種，設(shè)計(jì)圖及實(shí)物見圖3～圖5。

2 無(wú)線充電發(fā)射器溫升比對(duì)

筆者對(duì)20款手機(jī)無(wú)線充電器進(jìn)行金屬異物溫升比對(duì)（見圖6），發(fā)現(xiàn)接收器與異物直接接觸時(shí)，金屬異物溫升普遍為四個(gè)周期內(nèi)的最高值。以下僅展示接收器與異物直接接觸周期的溫度數(shù)據(jù)（見表1）。

表1數(shù)據(jù)顯示，鋼盤金屬異物的溫度最高，鋁環(huán)和鋁箔的溫度高低不一。從金屬異物材質(zhì)和結(jié)構(gòu)上分析，鋼盤的面積最大，受磁場(chǎng)影響大，發(fā)熱量很高；而鋁環(huán)和鋁箔的面積較小，受磁環(huán)影響小，發(fā)熱量不如鋼盤。然而，大多數(shù)樣品都無(wú)法滿足IEC 62368-1：2018所規(guī)定的70 ℃限值。筆者與許多手機(jī)無(wú)線充電器廠家進(jìn)行溝通后發(fā)現(xiàn)，手機(jī)無(wú)線充電器維持正常工作時(shí)，鋼盤異物溫度超過(guò)70 ℃的情況并不少見。為了維持手機(jī)的接收功率不減少，發(fā)射器會(huì)輸出更多能量，從而不可避免地加熱鋼盤，最后超出限值。

注：接收器與異物直接接觸。

IEC 62368-1：2018根據(jù)IEC Guide 117規(guī)定了金屬異物溫升限值為70 ℃，可追溯為可觸及零部件的接觸溫度限值——非常短時(shí)間的偶然接觸的把手、旋鈕、手柄等以及表面（1～10 s）的TS2限值。而IEC Guide 117是基于危險(xiǎn)的灼傷指南，存在局限性，無(wú)法準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)熱容量和有限熱流的小型金屬異物和其他類似裝置的熱灼傷危險(xiǎn)[2]。從金屬異物自身形狀，以及接觸時(shí)間（僅數(shù)秒）和接觸面積（手指）來(lái)看，溫升限值不應(yīng)一概而論，對(duì)金屬異物的溫升限值考核，采用“鋼盤嚴(yán)于鋁環(huán)，鋁環(huán)嚴(yán)于鋁箔”的原則，鋼盤的最高溫度不應(yīng)高于85～100 ℃（筆者個(gè)人建議），或許較為合理。

3 異物識(shí)別功能

由于IEC 62368-1：2018制定的金屬異物溫升限值為70 ℃，劃歸到TS2限值。因此可以認(rèn)為，無(wú)線功率發(fā)射時(shí)存在金屬異物是一種異常工作狀態(tài)，采取一定的功能性防護(hù)來(lái)避免或降低異常工作狀態(tài)導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)是可行的[3]。

筆者建議，在IEC 62368-1：2018基礎(chǔ)上，追加決議或增補(bǔ)件，對(duì)無(wú)線功率發(fā)射器增加異物識(shí)別功能，來(lái)阻斷金屬異物出現(xiàn)過(guò)高溫升的可能性。如果增加了異物識(shí)別功能，則維持原金屬異物70 ℃溫升要求，也符合情理。

異物識(shí)別功能可以參考GB/T 37687-2019《信息技術(shù) 電子信息產(chǎn)品用低功率無(wú)線充電器通用規(guī)范》執(zhí)行：

1）異物放置在發(fā)射器上，不使用接收器時(shí)，發(fā)射器應(yīng)提示檢測(cè)到異物，異物及發(fā)射器表面溫度不超過(guò)限值；

2）異物與接收器同時(shí)放置在發(fā)射器上，發(fā)射器應(yīng)提示檢測(cè)到異物，不進(jìn)行功率傳輸，異物及發(fā)射器表面溫度不超過(guò)限值；

3）接收器正常工作中，將異物插入發(fā)射器與接收器之間，發(fā)射器應(yīng)提示檢測(cè)到異物，不進(jìn)行功率傳輸，異物及發(fā)射器表面溫度不超過(guò)限值。

4）未檢測(cè)到異物的情況下，異物及發(fā)射器表面溫度不超過(guò)限值。

將異物移開發(fā)射器線圈范圍外后，發(fā)射器應(yīng)恢復(fù)。

4 結(jié)語(yǔ)

筆者認(rèn)為，IEC 62368-1：2018對(duì)無(wú)線功率發(fā)射器提出了金屬異物的溫升要求，原則上是為了提高產(chǎn)品安全系數(shù)。但從行業(yè)現(xiàn)況來(lái)看，70 ℃限值制定或許過(guò)于嚴(yán)苛。建議放寬要求，或增加異物識(shí)別規(guī)定，以便合理地規(guī)范無(wú)線功率發(fā)射器行業(yè)和產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] IEC 62368-1：2018. Audio/video， information and communication technology equipment-Part 1：Safety requirements[S].

[2] IEC 62368-2：2019.Audio/video， information and communication technology equipment-Part 2： Explanatory information related to IEC 62368-1：2018[S].

[3]王瑩，劉海婷，劉云柱，等.IEC/TC108上海會(huì)議綜述[J].安全與電磁兼容，2020，（1）：31-32，45.

[4]梁永峰，李正，宋翔宇.手機(jī)近距離無(wú)線充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真[J].滄州師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2020，36（2）：43-46，59.