空調電源插頭中AFCI技術應用
錯誤電弧斷路保護技術(AFCI技術)在家用空調電源插頭上的應用是十分重要和必須的。自2004年8月1日以后,在美國市場銷售的家用空調要求必須帶具有AFCI功能的電源插頭。不正確的空調電源插頭保護技術的應用,將會直接損害消費者及空調生產廠商的利益,并影響到防火的安全。
AFCI技術
AFCI技術是一項的電路保護技術,其主要作用是為了防止一些由錯誤電弧而引起的火災。這些危險的電弧可能發生在家庭用的布線上、插頭和插座連接時、以及家用電器內部的線束上或電器的電源線上等。引發錯誤電弧主要原因是電線絕緣層的磨損或不良的電氣連接。美國消費品安全協會(CPSC)和美國國家消防協會的眾多資料顯示,由電弧導致的危險事件包括了火災以及由此引起的死亡。
AFCI技術可以感應到由錯誤電弧引起的電流中不正常的現象。 由于許多正常工作中的瞬時現象或在實際運行過程中都會產生一些“好的”電弧 ( 如:觸頭連續性的斷開和閉合,或馬達起動瞬間),因此,AFCI技術必需能夠區別“好的”電弧和“壞的”電弧, 這樣才不會導致失誤或誤動作。有時許多負載運行時的電流信號也很容易被誤認為是錯誤電弧,事實上它們是正常的電流波行(如調光器開關)。
因此,除了能分辨出“好的”電弧和“壞的”電弧外,AFCI 技術還需要能夠在正常和非正常情況下迅速、有效地提供保護,同時防止誤動作的發生。以下列舉了此項技術的關鍵要點。
UL1699標準
AFCI技術在家電領域的應用是由UL1699標準來規范的,該標準發展于上世紀90年代, 用以識別由過電流產生的電弧而造成的家庭火災。傳統的斷路器可以對過電流提供保護, 然而研究發現在沒有過電流發生的情況下,由小電流引起的錯誤電弧也有足夠的能量引發打火,從而引起火災。
UL1699標準zui初是用于規范AFCI技術在家用斷路器、 墻式安裝插座、以及便攜式AFCI插座的應用。關于斷路器的規范可分為兩部分:針對支路分配的基本要求和針對組合器件的嚴格要求。現在許多zui早符合UL1699標準的家用斷路器已不能滿足現今的標準,這是因為早先的技術已不能滿足越來越嚴格UL1699標準的要求,尤其對各種不同的負載所產生的非錯誤電弧不能有誤動作這一點有更嚴格的要求。
UL1699標準的規范可分成三種電弧測試方式:電弧檢驗測試、誤動作測試和負載起動測試。zui初UL1699標準起草時,重點是防止普通負載(如電機、燈、電子控制系統等)在非錯誤電弧發生時的誤動作。如今隨著AFCI技術強制在家用空調電源插頭上的應用,使得AFCI技術既要能符合UL1699標準的安全規范,同時又要能滿足空調運行條件的要求(我們稱之為產品適用性),然而,目前UL1699對于產品適用性這一點并無要求,但在產品實際使用中這點卻非常重要。
此外,目前一些已出現的新型負載和操作條件發現并未列入UL1699標準內,如電源線連接裝置、風扇速度控制器和其他一些應用。這也對AFCI技術在適用性方面提出更高的要求。
AFCI技術的應用
AFCI技術在家用空調電源插頭上的應用要考慮三個設計層面。 首先要符合UL1699標準。 然而僅僅達到UL1699的要求是不夠的。如果產品在應用條件下所涉及的誤動作或表現出的非期望特性,我們就不能依賴UL1699標準來衡量。美國德州儀器公司的應用和技術經驗指出滿足“產品適用性”要求, 對許多應用來說是非常重要的,特別是對AFCI技術用于家用空調領域尤其如此。
其次,UL標準只是安全標準并不能覆蓋所有方面,所以一個帶有AFCI保護的電源插頭產品的設計者需要確定他的設計要滿足家電產品的“適用性”。這不僅包括針對具體使用AFCI插頭的家用電器進行測試,而且還要包括AFCI產品實際與家用電器連接后使用時的測試。
zui后,從一個好的設計的實用角度來看 帶有AFCI功能的電源插頭既要能滿足并超越UL1699的標準,而且在實際的應用過程中還要滿足“適用性”測試,這樣的產品才能給用戶帶來即安全又可靠的地保證。
AFCI技術的設計者如何才能完成這些要求呢? 對家用空調的電源插頭來說,符合UL1699的標準是必須的。我們可以發現有許多有關電弧檢測方面的,實際上電弧檢測是非常容易的工作,但真正的挑戰是如何能區分“好的”和“壞的”電弧,并且不發生誤動作。理想情況下,AFCI算法的靈敏度不僅可以通過UL1699標準的基本要求,而且還要有足夠的能力對不安全電弧提供zui快速的檢測。由于對不同電弧的感應能力和有害電弧的辨別能力的嚴格要求,目前,許多AFCI技術只是僅僅部分滿足UL1699標準的要求。雖然一些AFCI技術能夠通過UL1699標準,但在實際應用過程中,對于不同電弧的檢測可能會表現不夠穩定或不能對有害電弧提供zui快速的檢測,顯得很“脆弱”。
因此,帶有AFCI功能的電源插頭,除了能滿足UL1699標準外,還要能適用于不同的家用空調和空調制造商的設計,這是一個非常嚴峻的挑戰,它超越了UL1699標準,但在實際的使用中卻又非常重要。AFCI 電源插頭的設計者不僅要對家用電器的工作原理和條件非常熟悉,而且他們還必須考慮不同電器制造商的眾多型號和規格。首先, 一個 AFCI 電源插頭的設計者必須要參照UL1699標準,決定采取什么樣的測試項目來替代空調器的負載上。請記住,標準的UL1699 測試項目與家用空調是沒有任何關系的,即使NEC標準要求所有的家用空調制造商在2004年8月1日后對其生產的空調電源插頭部分要帶有AFCI保護(參考UL484標準)。要完成此任務,邏輯上要使用一些標準負載代替家用空調來做UL1699的測試。例如:美國德州儀器公司針對空調器重新采用了不同的UL1699測試項目,用于替代家用空調的特定負載上(例如吸塵器等)