帶電源適配器（USB）插座溫升試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)分析

劉換新 李忠耀 戴一鳴

（1.威凱檢測技術(shù)有限公司 廣州 510663； 2.嘉興威凱檢測技術(shù)有限公司 嘉興 314050）

引言

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及消費(fèi)者需求的多樣化，為適應(yīng)不同場合的多種用途，插座產(chǎn)品的功能隨之豐富，帶電源適配器（USB POWER SUPPLY）的插座產(chǎn)品（下文簡稱帶USB插座）逐漸走進(jìn)千家萬戶。帶USB插座由插座和電源適配器兩部分組成，插座部分與電源適配器部分共用同一產(chǎn)品底座或各自具備獨(dú)立底座，電源適配器的輸入部分直接與插座相應(yīng)載流部件相連，或預(yù)留獨(dú)立接線端子或引線；可同時(shí)對(duì)外提供交流和直流電的固定式或移動(dòng)式插座，滿足了消費(fèi)者同時(shí)給消費(fèi)類電子設(shè)備充電和大功率用電設(shè)備供電的需求。

作為帶USB插座安全性重要指標(biāo)之一的溫升試驗(yàn)，各國標(biāo)準(zhǔn)要求并不統(tǒng)一，導(dǎo)致制造商在設(shè)計(jì)出口和內(nèi)銷產(chǎn)品時(shí)需要設(shè)計(jì)多種方案，增加了企業(yè)的成本；其次，部分企業(yè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)要求掌握的不夠深入，導(dǎo)致市場上此類產(chǎn)品質(zhì)量不一。例如，在進(jìn)行帶USB插座溫升實(shí)驗(yàn)時(shí)，電源適配器部分是否應(yīng)該帶載，尚未有定論；當(dāng)出口外銷時(shí)，常遇到不同國家的不同實(shí)驗(yàn)室判定方法不同，由此導(dǎo)致產(chǎn)品在申請各類產(chǎn)品認(rèn)證證書時(shí)受阻，給企業(yè)帶來困擾。因此，針對(duì)此類產(chǎn)品，其溫升試驗(yàn)方法亟須明確，以推進(jìn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。

1 各國帶電源適配器（USB POWER SUPPLY）插座標(biāo)準(zhǔn)要求介紹

1.1 帶電源適配器（USB POWER SUPPLY）插座

帶電源適配器（USB POWER SUPPLY）插座是指將輸出直流的電源適配器（USB POWER SUPPLY）模塊，與輸出交流的傳統(tǒng)插座產(chǎn)品組合在一起的多功能產(chǎn)品，以下簡稱為帶USB插座。根據(jù)插座產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)區(qū)分為，為帶USB延長線插座、帶USB固定式插座、帶USB轉(zhuǎn)換器等產(chǎn)品等，如圖1所示。

圖1 帶USB插座示例

一般電源適配器模塊的輸入端并聯(lián)在插座的交流電路中，根據(jù)產(chǎn)品外形特點(diǎn)，電源適配器模塊所處產(chǎn)品內(nèi)部的物理位置不同，以延長線插座為例，電源適配器模塊一般是在產(chǎn)品的末端，如圖2所示。電源適配器本身在正常工作時(shí)會(huì)帶來一定熱量，因此插座溫升試驗(yàn)過程中，USB接口是否帶載以及帶多少負(fù)載均應(yīng)明確。

圖2 帶USB延長線插座

1.2 不同國家?guī)SB插座標(biāo)準(zhǔn)介紹

對(duì)于帶USB插座，不同國家標(biāo)準(zhǔn)要求不同。本文主要以三個(gè)不同類型標(biāo)準(zhǔn)為例，展開討論。

第一、目前我國國家針對(duì)插座產(chǎn)品的推薦性標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 2099.1-2008《家用和類似用途插頭插座 第一部分：通用要求》[1]、GB/T 2099.3-2015《家電和類似用途插頭插座 第2-5部分 轉(zhuǎn)換器的特殊要求》[2]、GB/T 2099.7-2015《家電和類似用途插頭插座 第2-7部分 延長線插座的特殊要求》[3]和GB/T 1002-2008《家用和類似用途單相插頭插座 型式、基本參數(shù)和尺寸》[4]等系列標(biāo)準(zhǔn)，上述標(biāo)準(zhǔn)暫時(shí)未對(duì)帶USB插座溫升試驗(yàn)中電源適配器部分是否帶載作出相關(guān)規(guī)定。

在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 12148-2015《家用和類似用途帶USB充電接口的插座》[5]規(guī)定對(duì)于插座溫升的考核要在USB接口帶載的條件下進(jìn)行。

對(duì)于帶USB插座，國內(nèi)在進(jìn)行CCC強(qiáng)制性認(rèn)證時(shí)，除對(duì)插座部分的溫升進(jìn)行考核，對(duì)USB部分要額外按照GB 4943.1-2011《信息技術(shù)設(shè)備 安全 第一部分：通用要求》[6]的規(guī)定的測試方法進(jìn)行考核，溫升限值按照GB/T 4943.1-2011的規(guī)定。但是，在進(jìn)行插座部分溫升考核時(shí)，USB接口不帶載。

第二、 國際上，插座產(chǎn)品應(yīng)滿足各國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。以IEC標(biāo)準(zhǔn)為例，IEC 60884-1: 2013《Plugs and socketoutlets for household and similar purposes Part 1: General requirements》[7]及 IEC 60884-2-7: 2013《Plugs and socketoutlets for household and similar purposes Part 2-7: Particular requirements for cord extension sets》[8]中，對(duì)帶USB插座的溫升試驗(yàn)要求與GB/T 2099.1-2008 《家用和類似用途插頭插座 第一部分：通用要求》基本一致，未明確規(guī)定帶USB插座溫升試驗(yàn)應(yīng)如何進(jìn)行。而新版IEC 60884-3-1標(biāo)準(zhǔn)草案中考慮到電源適配器部分的發(fā)熱對(duì)插座溫升的影響。

第三、英標(biāo)帶USB插座按照標(biāo)準(zhǔn)BS 1363-2: 2016《13 A plugs, socket outlets, adaptors and connection units Part 2: Specification for 13 A switched and unswitched socket outlets》[9]的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，其中對(duì)于插座溫升的考核是在電源適配器部分帶載的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的，且是額定電流的1倍到1.1倍。

經(jīng)過上述對(duì)帶USB插座的標(biāo)準(zhǔn)測試要求的分析，我們可以看到，作為帶USB插座安全性重要指標(biāo)之一的溫升試驗(yàn)，不同標(biāo)準(zhǔn)要求不同，測試方法沒有達(dá)成統(tǒng)一，基于該組合產(chǎn)品的特殊性，明確帶USB插座的溫升試驗(yàn)方法，對(duì)產(chǎn)品與行業(yè)的發(fā)展，有積極作用。

2 帶電源適配器（USB POWER SUPPLY）插座溫升試驗(yàn)方法比較分析

下文通過分析比較以上標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)帶USB插座的溫升試驗(yàn)要求，歸納整理溫升試驗(yàn)方法；并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)研究對(duì)比，分析不同試驗(yàn)要求針對(duì)同一產(chǎn)品的溫升結(jié)果差異。為保證結(jié)果的可比性，本文統(tǒng)一采用中國五孔帶USB插座為例進(jìn)行試驗(yàn)比較。

2.1 國標(biāo)帶USB插座溫升試驗(yàn)方法分析

國標(biāo)帶USB插座溫升試驗(yàn)試驗(yàn)溫度在15～35 ℃的環(huán)境溫度下進(jìn)行試驗(yàn)，按照插座的額定值及所連導(dǎo)線的橫截面積選取試驗(yàn)電流，未規(guī)定試驗(yàn)電壓，試驗(yàn)過程中電源適配器不工作，試驗(yàn)時(shí)間為1 h。在端子或端頭上測量溫升，端子溫升不得高于45 K。對(duì)于固定式帶USB插座在相應(yīng)的安裝盒中進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)于移動(dòng)式帶USB插座放置在水平木板上進(jìn)行試驗(yàn)。

2.2 IEC標(biāo)準(zhǔn)帶USB插座溫升試驗(yàn)方法分析

在IEC 60884系列標(biāo)準(zhǔn)中，進(jìn)行帶USB插座溫升試驗(yàn)時(shí)，對(duì)于USB插座是否帶載未明確規(guī)定。插座溫升試驗(yàn)按照產(chǎn)品差異分為以下3類：

1）對(duì)于沒有其他元器件移動(dòng)式的插座，試驗(yàn)條件、試驗(yàn)設(shè)備與GB/T 2099.1-2008《家用和類似用途插頭插座 第一部分：通用要求》第19章的要求相同。

2）對(duì)于單位固定式插座，對(duì)試驗(yàn)插頭通以IEC 60884-1: 2013表20對(duì)應(yīng)電流的70 %，平衡負(fù)載通以表20的對(duì)應(yīng)電流的30%，以使得插座端子部位的電流為表20的對(duì)應(yīng)電流。對(duì)于多位固定式插座，對(duì)第一個(gè)試驗(yàn)插頭通以IEC 60884-1: 2013表20的對(duì)應(yīng)電流70 %，對(duì)第二個(gè)試驗(yàn)插頭通以平衡負(fù)載，即表20的對(duì)應(yīng)電流的30%，以使得插座端子部位的電流為表20的對(duì)應(yīng)電流。其他試驗(yàn)條件、試驗(yàn)設(shè)備與GB/T 2099.1-2008《家用和類似用途插頭插座 第一部分：通用要求》第19章的要求相同。

3）對(duì)于帶有其他部件（如開關(guān)、過載保護(hù)器等）的移動(dòng)式插座，應(yīng)先通以表按照IEC 60884-1: 2013表20規(guī)定的電流進(jìn)行溫升試驗(yàn)，后通以插座額定電流和零部件額定電流中較小者的試驗(yàn)電流進(jìn)行溫升試驗(yàn)，其他試驗(yàn)條件、試驗(yàn)設(shè)備與GB/T 2099.1-2008《家用和類似用途插頭插座 第一部分：通用要求》第19章的要求相同。

對(duì)于IEC 60884-3-1標(biāo)準(zhǔn)草案的試驗(yàn)方法分析見本文第4點(diǎn)。

2.3 英標(biāo)帶USB插座溫升試驗(yàn)方法分析

對(duì)于帶USB的英標(biāo)插座，溫升試驗(yàn)試驗(yàn)溫度在在15～25 ℃的環(huán)境溫度下進(jìn)行試驗(yàn)，在端子或端頭上測量溫升，溫升不得超過52 K。試驗(yàn)電壓為額定電壓的0.8倍到1.1倍，試驗(yàn)電流為（14±0.4）A。電源適配器要在工作狀態(tài)，USB接口要輸出1到1.1倍額定電流。試驗(yàn)時(shí)間為4 h，若溫升未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)下可延長至8 h。溫升穩(wěn)定的條件為1小時(shí)內(nèi)溫升不大于1 K。對(duì)于固定式帶USB插座在相應(yīng)的安裝盒中進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)于移動(dòng)式帶USB插座放置在水平木板上進(jìn)行試驗(yàn)。

3 帶USB插座溫升試驗(yàn)結(jié)果

為明確不同溫升試驗(yàn)方法下溫升的差異，選取中國五孔帶USB插座為試驗(yàn)對(duì)象，試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)其他條件均相同，僅對(duì)USB部分不帶載、帶載、帶不同負(fù)載條件不同，驗(yàn)證USB（電源適配器模塊）對(duì)插座溫升結(jié)果的影響。

試驗(yàn)按照GB/T 2099.1-2008《家電和類似用途插頭插座 第一部分： 通用要求》的要求進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)方法、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)設(shè)備均符合標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)要求，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 USB模塊帶不同負(fù)載下國標(biāo)10 A 250 V～帶USB插座溫升

在國產(chǎn)10A 250V～ 帶USB 插座溫升試驗(yàn)中，試驗(yàn)電流為16 A，試驗(yàn)時(shí)間1h，電源適配器（USB POWER SUPPLY）由電子負(fù)載提供。

從表1可以看出，相同試驗(yàn)條件下，隨著USB負(fù)載輸出電流的增加，插座溫升逐步增加。

4 新版IEC 60884-3-1中帶USB插座溫升試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)分析

新版IEC 60884-3-1中規(guī)定溫升試驗(yàn)共分為三步，分析如下：

1）帶USB插座的溫升試驗(yàn)首先在電源適配器（USB POWER SUPPLY）不帶載的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，此部分試驗(yàn)條件與2.2相同；

2）在電源適配器（USB POWER SUPPLY）帶額定負(fù)荷的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，重復(fù)試驗(yàn)1），試驗(yàn)時(shí)間為4 h，若溫升未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)下可延長至8 h，溫升穩(wěn)定的條件為1 h內(nèi)溫升不大于1 K。在此過程中，如電源適配器（USB POWER SUPPLY）的溫度保護(hù)功能啟動(dòng)，還需進(jìn)行下述步驟3）；

3）插座不帶載，而電源適配器（USB POWER SUPPLY）帶額定負(fù)載，試驗(yàn)過程中，電源適配器（USB POWER SUPPLY）的溫度保護(hù)功能不得啟動(dòng)，如試驗(yàn)過程中溫度保護(hù)功能啟動(dòng)，還須對(duì)電源適配器（USB POWER SUPPLY）的溫升進(jìn)行考核。

5 結(jié)語

本文通過對(duì)于帶電源適配器接口（USB POWER SUPPLY）插座的溫升試驗(yàn)進(jìn)行國家標(biāo)準(zhǔn)、英國BS 1363-2標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)行IEC60884-1標(biāo)準(zhǔn)以及新版IEC60884-3-1標(biāo)準(zhǔn)草案的對(duì)比分析，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)帶電源適配器（USB POWER SUPPLY）插座進(jìn)行溫升試驗(yàn)。結(jié)果表明，隨著USB負(fù)載的增加，插座溫升值會(huì)相應(yīng)增加，電源適配器（USB POWER SUPPLY）帶額定負(fù)載時(shí)，插座最大溫升也比不帶載時(shí)高。

因此，帶電源適配器接口（USB POWER SUPPLY）的插座在進(jìn)行溫升試驗(yàn)時(shí)，為更加真實(shí)地模擬插座的正常工作狀態(tài)，電源適配器（USB POWER SUPPLY）應(yīng)帶額定負(fù)載。目前，帶電源適配器（USB POWER SUPPLY）插座日益廣泛，幾乎成為家庭和辦公標(biāo)配，為保證此類產(chǎn)品質(zhì)量提升促進(jìn)企業(yè)良性競爭，引導(dǎo)行業(yè)良性發(fā)展，亟須推進(jìn)帶電源適配器（USB POWER SUPPLY）插座相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)。