案例问题

某USB果汁杯，使用USB线充电，充满电拔掉USB线后，内部3.7V电池供电直流电机完成打果汁功能。

电气原理图局部如图1所示。

图1  电气原理图局部

（图片来源于网络）

该产品在GB 4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全 第1部分：通用要求》标准19.11条款模拟故障试验短路二极管D试验中，锂电池着火，不符合19.13条款“器具不应喷射出火焰”的要求。

为什么会出现着火的情况?

案例分析

笔者个人认为，产品没有采用自身耐短路的电池是主要原因之一。

电路原理

打果汁状态主干电路为电池正极→电机M→MOS管Q3→MOS管Q1→电流取样电阻R7→电池负极。

小信号控制主干电路流程：

用户长按控制面板电源按键2 s后，主控IC输出信号驱动MOS管Q1导通，短按电源按键则停止驱动，Q1截止。

如果产品正在USB充电和/或主干电流过大，则主控IC停止MOS管Q3驱动信号，Q3截止；反之，产品不在充电状态并且电池电压正常、主干电流正常，则主控IC驱动Q3导通。

D1反向并联在有刷直流电机正负极两端，为电机断电瞬间产生的过压脉冲提供续流的路径，防止击穿驱动电路。电机正常运转时，D1呈反向截止状态，并不起作用。

产品还有主控芯片IC、充电控制IC、显示电路和电池电压监测电路等，不再赘述。

电子线路非正常故障试验

根据GB 4706.1-2005标准19.11.2条款，模拟短路续流二极管D1，主干电流经取样电阻R7取样，经R3送主控IC，经内部判断为过流，启动过流保护程序停止驱动Q3，切断主干电流。产品没有明显的温升，符合19.13判定条款的要求。

由于上述试验中R7、IC、Q3等“保护电子电路”起作用，需要追加19.11.3 条款“双重失效”试验，即：

19.11.3 = 保护电子电路19.11.2模拟故障（例如Q3的S-D极短路） + 重复先前试验（续流二极管D1短路19.11.2）

图2  短路状态电路图

此时主干电流从电池正极，经短路的D1、短路的Q3，MOS管Q1和取样电阻R7，回到电池负极，相当于负载短路了而且防过流保护电路同时失效了，如图2所示。

案例问题的果汁杯试验结果电池起火，初步估计采用的锂离子电池内部没有保护电路板。

改进的思路可能有：

●更换锂电池，要带过流保护模块的。

●D1改为两个二极管串联，使得不可能两个二极管同时短路；

●主干电路增加电流保险管。

当然还有其他的改进方法，万变不离其宗：任何电子元件失效，产品可以“不工作”，但不应导致产品“危险”。

标准条款

GB 4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全 第1部分：通用要求》（IEC 60335-1:2004，IDT）标准

19.11.2 要考虑下列的故障情况，而且如有必要，要每次施加一个故障，并考虑随之发生的间接故障。

a) 如果电气间隙和爬电距离小于第29章中的规定值，则功能性绝缘短路；

b) 任何元件接线端处开路；

c）电容器的短路，符合GB/T 14472(idt IEC 60384-14）的电容器除外；

d) 非集成电路电子元件的任何两个接线端处的短路，该故障情况不施加在光藕合器的两个电路之间；

e）三端双向可控硅开关元件以二极管方式失效；

f) 集成电路的失效。要考虑集成电路故障条件下所有可能的输出信号。如果能表明不可能产生一个特殊的信号，则其有关的故障可不考虑。

注 1：如可控硅整流器和三端双向可控硅开关元件那样的元件，不经受f)故障情况。

注 2：微处理器按集成电路进行试验。

如果电路不能用其他方法评估，故障情况 f)施加到封装的和类似的元件。

19.11.3如果器具装有使器具符合第19章要求的保护电子电路，则按19.11.2中a）~g）的要求，相关试验以模拟单一故障的方式重复进行。

注：按照19.13要求对试验结果进行判定。

19. 13 在试验期间，器具不应喷射出火焰、熔融金属、达到危险量的有毒性或可点燃的气体，且其温升不应超过表9中的规定值。

试验后，当器具冷却到大约为室温时，外壳变形应符合第8章的要求，而且如果器具还能工作，它应符合20.2的规定。

表9 非正常温升的最大值

除Ⅲ类器具外的绝缘冷却到大约为室温，应经受16.3的电气强度试验，但是，其试验电压按表4的规定进行设定。

注：在电气强度试验之前，不进行15.3规定的潮湿处理。

对在正常使用中浸入或充灌可导电性液体的器具，在进行电气强度试验之前，器具浸人水中，或用水充灌，并保持24 h。

如果器具仍然是可运行的，器具不应经历过危险性功能失效，并且保护电子电路应不得失效。

被测器具处于电子开关“断开”位置或处于待机状态时，不应变得可运行。