車載電源逆變器產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)分析

趙 飛

（福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350002）

1 產(chǎn)品原理

車載電源逆變器是一種將車載蓄電池12VDC或24VDC直流電轉(zhuǎn)換為220VAC交流電的電源轉(zhuǎn)換設(shè)備，它可以為絕大多數(shù)家用電子產(chǎn)品，例如為筆記本電腦、電源充電器、吸塵器、旅游及野營用電器等提供電力，使車主朋友出門在外也可以像在家里一樣使用電器。連接方法見圖1。

圖1 車載電源逆變器連接方法

常見的車載電源逆變器設(shè)計(jì)原理非常類似，主流上使用如下設(shè)計(jì)：首先推挽升壓出高壓直流，然后SPWM控制逆變，最后LC濾波出穩(wěn)定交流，另外還追加設(shè)計(jì)了一系列保護(hù)電路[1]。系統(tǒng)框架見圖2。

圖2 車載電源逆變器主流設(shè)計(jì)原理

車載電源逆變器根據(jù)輸入接口方式可以分為兩類：（1）螺栓式（用線連接到車載蓄電池，見圖3）；（2）點(diǎn)煙器式（直接插入到點(diǎn)煙器座，見圖4）。螺栓式車載電源逆變器輸出功率絕大多數(shù)在300W以上，最大可以達(dá)到5000W級(jí)別。而點(diǎn)煙器式車載電源逆變器輸出功率一般都在200W以下。功率等級(jí)不同主要原因是設(shè)計(jì)中對(duì)載流器件的選擇不同，設(shè)計(jì)思路和原理都基本一樣。

圖3 螺栓式車載電源逆變器

圖4 點(diǎn)煙器式車載電源逆變器

2 檢測(cè)現(xiàn)況

中國質(zhì)量認(rèn)證中心于2014年7月，推出專門針對(duì)車載電子產(chǎn)品EMC的CQC標(biāo)志認(rèn)證項(xiàng)目（車載電子產(chǎn)品CQC標(biāo)志認(rèn)證，申請(qǐng)類別：001044）。適用標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 22630-2008《車載音視頻設(shè)備 電磁兼容性要求和測(cè)量方法》、GB/T 18655-2010《車輛、船和內(nèi)燃機(jī) 無線電騷擾特性 用于保護(hù)車載接收機(jī)的限值和測(cè)量方法》、GB/T 17619-1998《機(jī)動(dòng)車電子電器組件的電磁輻射抗擾性限值和測(cè)試方法》、GB/T 19951-2005《道路車輛 靜電放電產(chǎn)生的電騷擾試驗(yàn)方法》、GB/T 21437.2-2008《道路車輛 由傳導(dǎo)和耦合引起的電騷擾 第2部分：沿電源線的電瞬態(tài)傳導(dǎo)》，以上均為電磁兼容性檢驗(yàn)要求。而安全方面，據(jù)了解目前國內(nèi)僅有一項(xiàng)QC/T 1036-2016《汽車電源逆變器》汽車行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)[2]，推廣使用程度和監(jiān)管約束力都很小。此外，再無專門針對(duì)車載電源逆變器安規(guī)方面的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。

3 風(fēng)險(xiǎn)來源和潛在危害

車載電源逆變器的設(shè)計(jì)門檻不高，而運(yùn)用需求卻日益擴(kuò)大，使得不少制造商為了搶奪更多市場(chǎng)占有率，不惜降低成本忽視安全要求，造成該產(chǎn)品質(zhì)量存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，可能對(duì)使用者的人身和財(cái)產(chǎn)造成危害。

筆者對(duì)車載電源逆變器從日常使用中可能存在的各類問題著手，選取出六種常見案例，研究分析其風(fēng)險(xiǎn)來源和潛在危害。

3.1 輸出插座孔隙過大

車載電源逆變器主要為常用的電器產(chǎn)品提供220VAC電力，其輸出插座匹配通用的單相三芯或兩芯電器插頭。但是有少部分制造商使用了不滿足我國標(biāo)準(zhǔn)的插座封裝，使得輸出插座孔隙過大，兒童手指可以深入插座觸及帶電極，存在電擊危險(xiǎn)。筆者使用GB/T 16842-2016規(guī)定的兒童試驗(yàn)指（試具19）以及試驗(yàn)銷（試具13）來證實(shí)非標(biāo)準(zhǔn)輸出插座內(nèi)危險(xiǎn)帶電極的可觸及性，見圖5及圖6。符合國標(biāo)的輸出插座樣式見圖7。

圖5 兒童試驗(yàn)指（試具19）觸及危險(xiǎn)帶電極

圖6 試驗(yàn)銷（試具13）觸及危險(xiǎn)帶電極

圖7 符合國家標(biāo)準(zhǔn)的輸出插座樣式

3.2 金屬物插入輸出插座

由于車載電源逆變器大多在車內(nèi)使用，車內(nèi)雜物例如鑰匙等金屬異物可能會(huì)不經(jīng)意插入輸出插座，增大了意外觸電可能。應(yīng)對(duì)這樣的隱患，需要在輸出插座內(nèi)使用安全門設(shè)計(jì)[3]，使得插銷必須施加一定力才能插入，降低該類風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率。安全門設(shè)計(jì)見圖8。

圖8 輸出插座的安全門設(shè)計(jì)（靠彈簧阻力實(shí)現(xiàn)）

3.3 液體濺入導(dǎo)致短路

筆者發(fā)現(xiàn)，有不少車載電源逆變器不具備輸出短路保護(hù)功能，在遇到飲料等液體意外濺入時(shí)無法有效切斷輸出進(jìn)而影響車內(nèi)供電系統(tǒng)穩(wěn)定性，導(dǎo)致整車運(yùn)行過程中可能發(fā)生意外情況。一般來說，當(dāng)發(fā)生輸出短路時(shí)，短路保護(hù)響應(yīng)時(shí)間不應(yīng)超過1秒。

3.4 輸出功率過載

車載電源逆變器輸出功率大小直接影響到車內(nèi)供電系統(tǒng)穩(wěn)定性，如果帶載功率過大或者不受限制，會(huì)使得線路載流超標(biāo)引起過熱，絕緣層失效，繼而產(chǎn)生短路和起火的危險(xiǎn)。一般對(duì)輸出過流保護(hù)的要求是輸出功率維持在額定值200%狀態(tài)2秒后立即切斷輸出回路。不過，筆者在對(duì)數(shù)十款車載電源逆變器進(jìn)行過流保護(hù)測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，半數(shù)以上車載電源逆變器帶載能力尚且不能達(dá)到額定標(biāo)稱功率，更不要說具備200%額定值的過流保護(hù)功能。對(duì)這些車載電源適配器而言，接入正常標(biāo)稱負(fù)載都相當(dāng)于過載，由于制造商降低成本產(chǎn)生的容量虛標(biāo)問題，存在一定的潛在隱患。

3.5 隔離失效引起漏電

用電設(shè)備如果發(fā)生線路故障，例如電源線裸露也可能導(dǎo)致意外觸電危險(xiǎn)。這種危險(xiǎn)主要來源是車載電源逆變器輸入端回路與輸出端回路隔離性能不良，應(yīng)對(duì)這種隱患必須要具備良好隔離性能（輸出浮地狀態(tài)），可以通過對(duì)車載電源逆變器進(jìn)行抗電強(qiáng)度或絕緣電阻、電氣間隙和爬電距離等項(xiàng)目考核來驗(yàn)證。其中，抗電強(qiáng)度或絕緣電阻項(xiàng)目需要通過安規(guī)綜合測(cè)試儀來檢驗(yàn)，而電氣間隙和爬電距離項(xiàng)目從線路隔離設(shè)計(jì)上就可以看出設(shè)計(jì)者是否具備相應(yīng)安規(guī)知識(shí)。隔離設(shè)計(jì)良好的車載電源逆變器樣式見圖9，不具備隔離設(shè)計(jì)的車載電源逆變器樣式見圖10。

圖9 線路布局具備良好的隔離設(shè)計(jì)

圖10 高低壓線路擁擠排布無隔離

3.6 非正弦波輸出的影響

車載電源逆變器根據(jù)輸出波形可以分為兩類：（1）純正弦波；（2）方波（含修正正弦波）。純正弦波輸出的車載電源逆變器，電磁污染影響較小，用電設(shè)備的工作壽命較長。而方波（含修正正弦波）輸出的車載電源逆變器，其過零點(diǎn)轉(zhuǎn)換過于陡峭，諧波成分很高，電源質(zhì)量惡劣，會(huì)造成用電設(shè)備異常發(fā)熱，縮短用電設(shè)備的工作壽命。值得一提的是，車載電源逆變器輸出諧波成分高也會(huì)造成車內(nèi)供電系統(tǒng)以及由車內(nèi)供電系統(tǒng)供電的其他設(shè)備工作不穩(wěn)定，例如電子導(dǎo)航儀、行車記錄儀等，特別是純電動(dòng)汽車或配備了無人駕駛系統(tǒng)的新興車型更加容易受到影響，其潛在危險(xiǎn)性非常大。車載電源逆變器方波輸出波形見圖11，諧波成分見圖12（注：圖11及圖12為某一款車載電源逆變器測(cè)試所得，并不泛指所有方波輸出的車載電源逆變器）。

圖11 方波輸出波形

圖12 諧波成分（THD）達(dá)到33%，電源質(zhì)量惡劣

4 建議

綜合以上對(duì)車載電源逆變器產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)方面的研究分析，筆者專門為廣大車主朋友提出以下幾點(diǎn)消費(fèi)指南：

4.1 選購時(shí)注意

（1）價(jià)格低廉有可能是犧牲安全系數(shù)、偷工減料促成的。切勿盲目比價(jià)，要以安全為首要目的。

（2）選擇正規(guī)廠商生產(chǎn)的具備完善保護(hù)措施的產(chǎn)品，例如具備輸出短路保護(hù)、輸出過流保護(hù)、安全門等功能。

（3）大多數(shù)車載電源逆變器的外包裝或使用手冊(cè)上會(huì)注明輸出波形類型，盡量選取純正弦波輸出波形，保證用電設(shè)備和車載電源逆變器的使用性能和工作壽命。

4.2 使用時(shí)注意

（1）嚴(yán)格按照車載電源逆變器標(biāo)稱帶載功率使用，例如標(biāo)稱100W輸出就匹配100W以下的用電設(shè)備。

（2）車載電源逆變器工作時(shí)發(fā)熱程度較高，注意不要堵塞風(fēng)扇散熱孔，以免造成過熱起火。

（3）車載電源逆變器不帶載時(shí)也會(huì)消耗一定量車載蓄電池電能，在沒有使用車載電源逆變器時(shí)最好將其拔出不連接。