付 杰 江朝軍 余 嘉

（公牛集團(tuán)股份有限公司 檢測(cè)中心 慈溪 315314）

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，插座行業(yè)也迎來了翻天覆地的變化，插座已經(jīng)不在是傳統(tǒng)的單一提供連接作用的裝置，插座里面附裝越來越多的電子功能，如：USB電源，LED燈, 電子開關(guān)，WIFI模塊，遙控模塊，定時(shí)功能，SPD浪涌模塊保護(hù)等一系列的輔助功能。給廣大消費(fèi)者帶來更好的用電體驗(yàn)，但功能越多也意味著產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)有可能會(huì)比傳統(tǒng)插座變大。溫升測(cè)試是產(chǎn)品里面非常重要也比較容易失效的一項(xiàng)測(cè)試，而德國(guó)插座標(biāo)準(zhǔn)一直以來以其嚴(yán)謹(jǐn)和與時(shí)俱進(jìn)著稱，自從VDE 0620-1 2010版溫升大變動(dòng)一次后，后面幾次版本的修訂和更新都沒有涉及到溫升測(cè)試項(xiàng)目這一塊，而此次2021 版本的更新對(duì)溫升又可謂是進(jìn)行了一次大的較大變革和升級(jí)變化，也符合當(dāng)今市場(chǎng)插座越來越智能化和功能化的安全要求。

1 舊版對(duì)帶附加功能插座的溫升要求

1.1 測(cè)試要求[4,5]

首先對(duì)插座施加相應(yīng)的額定電流1 h（如16 A）或直至有可能的內(nèi)置保護(hù)裝置熔斷。

試驗(yàn)時(shí)輔助裝置的端子和內(nèi)部接頭的溫升不能超過有關(guān)規(guī)定的允許值。所有其他的端子和接頭以及外部導(dǎo)線的接線端子的溫升不得超過45 K。

然后對(duì)插座施加圖1的試驗(yàn)電流1 h，或直至內(nèi)置的熔斷裝置熔斷。如果內(nèi)置的熔斷裝置熔斷，采用熔斷裝置0.95倍的熔斷電流重做溫升。對(duì)于符合EN 60127-2的電流保險(xiǎn)絲，若保護(hù)裝置的額定電流為6.3 A及以下，對(duì)插座施加保護(hù)裝置額定1.5倍的電流1 h，若保護(hù)裝置的額定為6.3 A以上，對(duì)插座施加保護(hù)裝置額定1.5倍的電流30 min。

圖1 表20[5]

所有端子和接頭溫升不超過70 K。插套溫升不超過45 K。

1.2 實(shí)際產(chǎn)品測(cè)試解析

如圖2 所示為德式遙控插座（電子開關(guān)），額定電流為16 A，PCB上裝有一個(gè)電流型溫度保險(xiǎn)絲，依據(jù)老版本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

圖2 插座帶電子開關(guān)

首先接通16 A電流測(cè)試1 h，PCB板上的四個(gè)接頭Lin Lout Nin Nout此標(biāo)準(zhǔn)不進(jìn)行考核，其他端子的溫升不超過45 K（內(nèi)部插銷、銅件的鉚接點(diǎn)、點(diǎn)焊點(diǎn)、焊接點(diǎn)）。

16 A測(cè)試通過后，就需要進(jìn)行0.95倍的熔溫升測(cè)試的電流就是18.6 A×0.95=17.67 A，測(cè)試1 h后PCB上的接頭溫升以及插座部分的端子溫升都不能超過70 K，同時(shí)插套不超過45 K。

2 新版對(duì)帶輔加功能插座的溫升要求

2.1 測(cè)試要求[1,2]

帶輔助裝置的插座按如下進(jìn)行試驗(yàn)：

-插座分別在額定電流條件和過載條件下進(jìn)行試驗(yàn)。

-插座具備多種組合附加功能的需要在最不利的條件下進(jìn)行試驗(yàn)。

上述兩條相比舊的版本要更加的清晰和明確，確定了帶多種電子功能產(chǎn)品需要使所有電子功能工作且在最大發(fā)熱條件下進(jìn)行試驗(yàn)。

2.1.1 額定電流條件試驗(yàn)

插座接通輔助裝置額定電流，直至恒溫或4 h+20-0min，取兩者間短的時(shí)間。恒溫認(rèn)為溫升值不超過1 K/h。

輔助裝置端子的和接點(diǎn)的溫升不超過45 K（除非有相關(guān)VDE EN 或IEC的決議及元件標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)定輔助裝置端子溫度值）。

外部導(dǎo)線的接點(diǎn)以及插套溫升不超過45 K。

備注：外部導(dǎo)線接點(diǎn)為電源導(dǎo)線與插座連接的第一個(gè)連接點(diǎn)。

對(duì)于所有其它的溫升限值參照DIN EN 60669-2-1:2010-03，表102，CL17（圖3）對(duì)應(yīng)欄要求。

圖3 EN 60669-2-1表102[2]

2.1.2 過載電流條件下試驗(yàn)

插座按照表22規(guī)定的電流（圖4）進(jìn)行試驗(yàn)，直至恒溫或4 h+20-0min，取兩者間短的時(shí)間。

除符合6.1條款要求的保護(hù)裝置外（過載保護(hù)器，過流保險(xiǎn)絲），輔助裝置在此測(cè)試中需要無效（橋接和斷開），過流保護(hù)裝置允許動(dòng)作，任何條件下，外部導(dǎo)線的接點(diǎn)以及插套溫升不超過45 K。

2.1.2.1 附裝于插座內(nèi)的串聯(lián)輔助裝置帶過載保護(hù)功能的試驗(yàn)

插座接通輔助裝置的最大允許電流，最大允許電流為保護(hù)裝置最大非動(dòng)作電流值。測(cè)試時(shí)間4 h+20-0min或達(dá)到恒溫。

備注：串聯(lián)的輔助裝置，如電子開關(guān)，漏電保護(hù)器，定時(shí)裝置，調(diào)光裝置等，可以直接控制插孔的開與關(guān)。

2.1.2.2 附裝于插座內(nèi)的串聯(lián)輔助裝置無過載保護(hù)功能的試驗(yàn)

插座按照表22規(guī)定的電流（20 A）進(jìn)行試驗(yàn)，直至恒溫或4 h+20-0min，取兩者間短的時(shí)間。

2.1.2.3 附裝于插座內(nèi)的并聯(lián)輔助裝置帶過載保護(hù)功能的試驗(yàn)

插座按照表22規(guī)定的電流（圖4）進(jìn)行試驗(yàn)，直至恒溫或4 h+20-0min，取兩者間短的時(shí)間。輔助裝置功能在工作狀態(tài)且元件產(chǎn)生最大溫升條件下進(jìn)行試驗(yàn)（過載），通過插座的總的電流依據(jù)表22（圖4）要求，電流為插座與輔助功能電路之和。

備注：并聯(lián)的輔助裝置，如USB電源接口，浪涌保護(hù)裝置，控制燈，功率表等僅從插座上取電，而不控制插孔的裝置。

2.1.2.4 附裝于插座內(nèi)的并聯(lián)輔助裝置不帶過載保護(hù)功能的試驗(yàn)

插座按照表22規(guī)定的電流（20 A）進(jìn)行試驗(yàn)，直至恒溫或4 h+20-0min，取兩者間短的時(shí)間。輔助裝置功能在工作狀態(tài)且元件產(chǎn)生最大溫升條件下進(jìn)行試驗(yàn)，通過插座的總的電流依據(jù)表22（圖4）要求，電流為插座與輔助功能電路之和。

圖4 表22 溫升測(cè)試電流值[1]

備注：2.1.2.3與2.1.2.4中所述的過載保護(hù)指的是并聯(lián)輔助裝置上的保護(hù)。

2.1.2.5 帶元件符合EN 60127-2標(biāo)準(zhǔn)要求的插座過載試驗(yàn)

插座接通保險(xiǎn)絲2倍的額定電流進(jìn)行試驗(yàn)，保險(xiǎn)絲用一個(gè)可以忽略不計(jì)的阻抗進(jìn)行代替。

2.1.2.6 對(duì)于上述2.1.2.1-2.1.2.5的限值判定要求

輔助裝置端子的和接點(diǎn)的溫升不超過相關(guān)VDE EN或IEC的決議及元件標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)定輔助裝置端子溫度值（若有），若沒有相關(guān)規(guī)定，則輔助裝置的端子和接點(diǎn)溫升最大限值為70 K。

插套溫升不超過55 K，與外部導(dǎo)線相連的接點(diǎn)溫升不可超過70 K。

對(duì)于所有其它的溫升限值參照DIN EN 60669-2-1:2010-03，表102，CL101（圖3）對(duì)應(yīng)欄要求[2]。

3 主要變化比對(duì)表

新舊版本標(biāo)準(zhǔn)要求主要變化比對(duì)匯總見表1。

表1 新舊版要求主要變化比對(duì)表

4 插座附裝電子開關(guān)（WIFI，PIR，遙控，定時(shí)器等）功能常見溫升失效及改善分析

由于插座帶電子功能產(chǎn)品的日趨小型化，結(jié)構(gòu)緊湊化，對(duì)溫升的要求越來越高。而插座里面作為電子開關(guān)最常用的開關(guān)元件就是繼電器，而繼電器也是串接輔助裝置里面最大的發(fā)熱源。繼電器輸入，輸出引腳的溫升直接決定PCB板上引線（標(biāo)準(zhǔn)里面定義的輔助裝置接點(diǎn)）的溫升。如圖5所示產(chǎn)品為一款16 A額定的PIR（被動(dòng)紅外感應(yīng)轉(zhuǎn)換插座），體積也是比較小，其它串聯(lián)的電子功能產(chǎn)品（WIFI,遙控，定時(shí)器等）除了性能上，軟件控制一塊外，對(duì)電子開關(guān)溫升的設(shè)計(jì)與布局與圖5大同小異。

常見的電子開關(guān)溫升失效現(xiàn)象會(huì)有如下幾點(diǎn)：

1）額定測(cè)試時(shí)PCB焊點(diǎn)（端子）可能會(huì)超過45 K。

2）不帶內(nèi)置保護(hù)裝置的電子開關(guān)，過載測(cè)試20 A，PCB可能會(huì)超過70 K，插套可能會(huì)超過55 K。

3）帶內(nèi)置保護(hù)裝置的電子開關(guān)，額定工作時(shí)保護(hù)裝置動(dòng)作。

4）帶內(nèi)置保護(hù)裝置的電子開關(guān)，過載時(shí)保護(hù)裝置4 h未動(dòng)作，但PCB溫升可能會(huì)超過70 K。

針對(duì)上述常見幾點(diǎn)失效，筆者有如下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)改善建議：

1）針對(duì)16 A額定測(cè)試時(shí)，PCB端子溫升超過45 K，首先要分析繼電器自身溫升，需要將連接到PCB Lin Lout（繼電器控制角）兩根電源引線，直接焊接到PCB上繼電器輸入輸出腳上，不經(jīng)過PCB銅箔，防止因PCB的設(shè)計(jì)影響而產(chǎn)生的熱量。然后接通產(chǎn)品工作電壓和額定電流，測(cè)試插頭符合標(biāo)準(zhǔn)（Bild 16a）的插頭，插頭接2.5 mm2，1 m長(zhǎng)的導(dǎo)線，用于連接到測(cè)試負(fù)載電阻。測(cè)試4 h或直至恒溫，來監(jiān)控繼電器引腳的溫度，這兩點(diǎn)就是PCB板上的最大熱源，如果溫度高的離譜遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過限值，溫升就不大可能通過，此時(shí)需要調(diào)整繼電器的廠家及選型，有不少專業(yè)的廠家，自身繼電器的溫升就能做到45 K以內(nèi)（成本高點(diǎn)），PCB Layout時(shí)只需要將插座的輸入和輸出引線孔放置在繼電器引腳旁邊即可，這樣溫升試驗(yàn)時(shí)，PCB端子的溫度就在45 K以內(nèi)。

為了考慮成本問題，我們可以選擇一些繼電器溫升略高于45 K的產(chǎn)品，可以通過PCB的設(shè)計(jì)布局來達(dá)到符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，根據(jù)繼電器實(shí)測(cè)一致性的輸入，輸出溫度，來適當(dāng)?shù)陌岩€端子的焊接孔遠(yuǎn)離繼電器的引腳（根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品溫度來看），然后在端子到繼電器這一段PCB線路通過加大銅箔，鋪錫的方式散熱，來達(dá)到溫升符合的效果。

2） 20 A過載測(cè)試時(shí)，PCB與插套同時(shí)超標(biāo)時(shí)，除了繼電器選型外與拉遠(yuǎn)端子與發(fā)熱源距離外來改善溫升外，當(dāng)PCB輸出端子與插座插套位置比較近，PCB端子通過改善在70 K以內(nèi)，而插套超過55 K，此時(shí)需要考慮銅件在（短路電子開關(guān)部分）20 A測(cè)試時(shí)，銅件本身的溫度是否較低，一般控制在40 K以下，若銅件在不帶輔助電子功能的溫升都超過45 K，則需要考慮銅件的導(dǎo)電率和插套結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)保證在插頭插入式有足夠的的夾持力和接觸面積，同時(shí)安裝的位置要固定可靠，避免出現(xiàn)插入插頭時(shí)，產(chǎn)生單邊接觸不良，導(dǎo)致溫升變高現(xiàn)象。若插套自身溫升小于40 K后，在正常溫升測(cè)試時(shí)（電子開關(guān)工作），插套溫升還是超過55 K，此時(shí)溫度的增加主要來自于PCB端子的熱傳導(dǎo)，舉例說明，若20 A電流測(cè)試時(shí)，PCB輸出端子溫升67 K，插套溫升58 K，插套的溫度是20 A電流通過插套加PCB導(dǎo)熱的累計(jì)，加上空間的限值，熱量無法有效的發(fā)散所導(dǎo)致。

插座外殼結(jié)構(gòu)無法改變時(shí)，我們可以選擇在PCB端子旁增加散熱片插孔，增加散熱片來降低溫升，達(dá)到符合標(biāo)準(zhǔn)的效果?？词窃黾恿顺杀荆梢允〉舯ｋU(xiǎn)絲，總的成本也相差不多，而且大貨更好管控，筆者比較推薦這種不加保險(xiǎn)絲直接通過20 A測(cè)試的方法。

3）因有些客戶追求產(chǎn)品的緊湊化，使溫升通過的難度加大，我們可以采用增加內(nèi)置保護(hù)裝置的方式來滿足要求，如圖5所示結(jié)構(gòu)，導(dǎo)熱銅件插入到PCB繼電器輸出引腳端旁，溫度保險(xiǎn)絲固定到銅件夾塊位置，保險(xiǎn)絲的線路通過引線方式連接到PCB控制回路上，一旦保險(xiǎn)絲失效切斷繼電器線圈工作電源，繼電器斷開電路。這種結(jié)構(gòu)針對(duì)于過載測(cè)試20 A無法通過溫升要求時(shí)，所要采用的一種方式。但需要注意幾個(gè)問題點(diǎn)，可以避免出現(xiàn)上文3與4所述常見的問題點(diǎn)。

圖5 德標(biāo)插座帶PIR電子開關(guān)

額定保護(hù)裝置動(dòng)作，有兩種情況：

①繼電器發(fā)熱量實(shí)在太大，可以更換合適品牌或廠家去降低溫度。

②溫度保險(xiǎn)絲的選值太低，適當(dāng)?shù)脑黾觿?dòng)作溫度值，一般選85～90 ℃比較合適，若是電流型溫度保險(xiǎn)絲溫度值可以加高到104～113 ℃之間。這樣可以解決額定動(dòng)作的問題。

過載時(shí)溫升超過70 K，而保護(hù)裝置不動(dòng)作，此時(shí)需要考慮導(dǎo)熱銅件放置的位置與PCB端子的布局，導(dǎo)熱銅片放置在PCB上的最大熱源（繼電器輸出腳）旁邊，然后可以適當(dāng)?shù)睦_PCB引線端子與繼電器引腳距離，中間通過加錫散熱的方式，這樣可以保證PCB端子的溫度與導(dǎo)熱片上的溫度低一些，當(dāng)保險(xiǎn)絲快達(dá)到85°或90 °時(shí)（保險(xiǎn)絲的動(dòng)作溫度值），PCB端子的溫度還是在70 K以內(nèi)，當(dāng)繼續(xù)升溫時(shí)溫度保險(xiǎn)絲動(dòng)作，即溫度保險(xiǎn)絲動(dòng)作時(shí)，PCB端子的溫度還在標(biāo)準(zhǔn)限值內(nèi)，可以解決此問題。

同時(shí)針對(duì)WIFI,或者其它有功率表檢測(cè)功能的電子開關(guān)產(chǎn)品，溫升測(cè)試就相對(duì)簡(jiǎn)單，可以在軟件里面設(shè)置過流動(dòng)作保護(hù)，如當(dāng)檢測(cè)到電流超過16.5 A時(shí)，切斷繼電器工作電源，就可以完美的避開標(biāo)準(zhǔn)中的過載測(cè)試，所以市面上WIFI的小型化也是越來越多（帶有電壓電流監(jiān)測(cè)功能的大都采用過流檢測(cè)保護(hù)），其它產(chǎn)品（不帶過流檢測(cè)保護(hù)）若無具體的尺寸要求，可以適當(dāng)?shù)脑黾觾?nèi)部結(jié)構(gòu)，保證散熱來達(dá)到更好的通過溫升測(cè)試。另外實(shí)在找不到溫度低的繼電器時(shí)，或想用最簡(jiǎn)單的方式來通過認(rèn)證測(cè)試，可以適當(dāng)?shù)慕档彤a(chǎn)品額定，如：打標(biāo)230 V 13 A 測(cè)試就從13 A開始進(jìn)行，測(cè)試就好通過很多，降額定也是一種途徑。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)VDE0620-2-1 （德國(guó)插頭插座標(biāo)準(zhǔn)的一般要求）新舊標(biāo)準(zhǔn)溫升測(cè)試要求與細(xì)節(jié)差異的對(duì)比，重點(diǎn)的解析了更新版本（2021-02-01）的溫升測(cè)試條款，可以讓從事插座行業(yè)的研發(fā)，檢測(cè)，認(rèn)證工程師快速的了解最新的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試要求，以及結(jié)合產(chǎn)品本身了解對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的差異性，以便及時(shí)應(yīng)對(duì)后續(xù)的新開發(fā)產(chǎn)品及換證產(chǎn)品的溫升要求做鋪墊。對(duì)于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)改善列舉了一些常見的失效情節(jié)與相對(duì)應(yīng)的改善方式。希望對(duì)從事此行業(yè)的企業(yè)及檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室有一定的指導(dǎo)意義。同時(shí)可以將相應(yīng)的要求用來內(nèi)部控制非出口德國(guó)的插座產(chǎn)品，比如我們的國(guó)標(biāo)插座產(chǎn)品，進(jìn)一步的通過技術(shù)創(chuàng)新與材料的選型優(yōu)化升級(jí)，提高插座產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力。