车载电源逆变器产品质量安全风险分析

赵 飞

（福建省产品质量检验研究院，福建 福州 350002）

1 产品原理

车载电源逆变器是一种将车载蓄电池12VDC或24VDC直流电转换为220VAC交流电的电源转换设备，它可以为绝大多数家用电子产品，例如为笔记本电脑、电源充电器、吸尘器、旅游及野营用电器等提供电力，使车主朋友出门在外也可以像在家里一样使用电器。连接方法见图1。

图1 车载电源逆变器连接方法

常见的车载电源逆变器设计原理非常类似，主流上使用如下设计：首先推挽升压出高压直流，然后SPWM控制逆变，最后LC滤波出稳定交流，另外还追加设计了一系列保护电路[1]。系统框架见图2。

图2 车载电源逆变器主流设计原理

车载电源逆变器根据输入接口方式可以分为两类：（1）螺栓式（用线连接到车载蓄电池，见图3）；（2）点烟器式（直接插入到点烟器座，见图4）。螺栓式车载电源逆变器输出功率绝大多数在300W以上，最大可以达到5000W级别。而点烟器式车载电源逆变器输出功率一般都在200W以下。功率等级不同主要原因是设计中对载流器件的选择不同，设计思路和原理都基本一样。

图3 螺栓式车载电源逆变器

图4 点烟器式车载电源逆变器

2 检测现况

中国质量认证中心于2014年7月，推出专门针对车载电子产品EMC的CQC标志认证项目（车载电子产品CQC标志认证，申请类别：001044）。适用标准为GB/T 22630-2008《车载音视频设备 电磁兼容性要求和测量方法》、GB/T 18655-2010《车辆、船和内燃机 无线电骚扰特性 用于保护车载接收机的限值和测量方法》、GB/T 17619-1998《机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测试方法》、GB/T 19951-2005《道路车辆 静电放电产生的电骚扰试验方法》、GB/T 21437.2-2008《道路车辆 由传导和耦合引起的电骚扰 第2部分：沿电源线的电瞬态传导》，以上均为电磁兼容性检验要求。而安全方面，据了解目前国内仅有一项QC/T 1036-2016《汽车电源逆变器》汽车行业推荐性标准[2]，推广使用程度和监管约束力都很小。此外，再无专门针对车载电源逆变器安规方面的标准或规范。

3 风险来源和潜在危害

车载电源逆变器的设计门槛不高，而运用需求却日益扩大，使得不少制造商为了抢夺更多市场占有率，不惜降低成本忽视安全要求，造成该产品质量存在一定的安全风险，可能对使用者的人身和财产造成危害。

笔者对车载电源逆变器从日常使用中可能存在的各类问题着手，选取出六种常见案例，研究分析其风险来源和潜在危害。

3.1 输出插座孔隙过大

车载电源逆变器主要为常用的电器产品提供220VAC电力，其输出插座匹配通用的单相三芯或两芯电器插头。但是有少部分制造商使用了不满足我国标准的插座封装，使得输出插座孔隙过大，儿童手指可以深入插座触及带电极，存在电击危险。笔者使用GB/T 16842-2016规定的儿童试验指（试具19）以及试验销（试具13）来证实非标准输出插座内危险带电极的可触及性，见图5及图6。符合国标的输出插座样式见图7。

图5 儿童试验指（试具19）触及危险带电极

图6 试验销（试具13）触及危险带电极

图7 符合国家标准的输出插座样式

3.2 金属物插入输出插座

由于车载电源逆变器大多在车内使用，车内杂物例如钥匙等金属异物可能会不经意插入输出插座，增大了意外触电可能。应对这样的隐患，需要在输出插座内使用安全门设计[3]，使得插销必须施加一定力才能插入，降低该类风险发生概率。安全门设计见图8。

图8 输出插座的安全门设计（靠弹簧阻力实现）

3.3 液体溅入导致短路

笔者发现，有不少车载电源逆变器不具备输出短路保护功能，在遇到饮料等液体意外溅入时无法有效切断输出进而影响车内供电系统稳定性，导致整车运行过程中可能发生意外情况。一般来说，当发生输出短路时，短路保护响应时间不应超过1秒。

3.4 输出功率过载

车载电源逆变器输出功率大小直接影响到车内供电系统稳定性，如果带载功率过大或者不受限制，会使得线路载流超标引起过热，绝缘层失效，继而产生短路和起火的危险。一般对输出过流保护的要求是输出功率维持在额定值200%状态2秒后立即切断输出回路。不过，笔者在对数十款车载电源逆变器进行过流保护测试时发现，半数以上车载电源逆变器带载能力尚且不能达到额定标称功率，更不要说具备200%额定值的过流保护功能。对这些车载电源适配器而言，接入正常标称负载都相当于过载，由于制造商降低成本产生的容量虚标问题，存在一定的潜在隐患。

3.5 隔离失效引起漏电

用电设备如果发生线路故障，例如电源线裸露也可能导致意外触电危险。这种危险主要来源是车载电源逆变器输入端回路与输出端回路隔离性能不良，应对这种隐患必须要具备良好隔离性能（输出浮地状态），可以通过对车载电源逆变器进行抗电强度或绝缘电阻、电气间隙和爬电距离等项目考核来验证。其中，抗电强度或绝缘电阻项目需要通过安规综合测试仪来检验，而电气间隙和爬电距离项目从线路隔离设计上就可以看出设计者是否具备相应安规知识。隔离设计良好的车载电源逆变器样式见图9，不具备隔离设计的车载电源逆变器样式见图10。

图9 线路布局具备良好的隔离设计

图10 高低压线路拥挤排布无隔离

3.6 非正弦波输出的影响

车载电源逆变器根据输出波形可以分为两类：（1）纯正弦波；（2）方波（含修正正弦波）。纯正弦波输出的车载电源逆变器，电磁污染影响较小，用电设备的工作寿命较长。而方波（含修正正弦波）输出的车载电源逆变器，其过零点转换过于陡峭，谐波成分很高，电源质量恶劣，会造成用电设备异常发热，缩短用电设备的工作寿命。值得一提的是，车载电源逆变器输出谐波成分高也会造成车内供电系统以及由车内供电系统供电的其他设备工作不稳定，例如电子导航仪、行车记录仪等，特别是纯电动汽车或配备了无人驾驶系统的新兴车型更加容易受到影响，其潜在危险性非常大。车载电源逆变器方波输出波形见图11，谐波成分见图12（注：图11及图12为某一款车载电源逆变器测试所得，并不泛指所有方波输出的车载电源逆变器）。

图11 方波输出波形

图12 谐波成分（THD）达到33%，电源质量恶劣

4 建议

综合以上对车载电源逆变器产品质量安全风险方面的研究分析，笔者专门为广大车主朋友提出以下几点消费指南：

4.1 选购时注意

（1）价格低廉有可能是牺牲安全系数、偷工减料促成的。切勿盲目比价，要以安全为首要目的。

（2）选择正规厂商生产的具备完善保护措施的产品，例如具备输出短路保护、输出过流保护、安全门等功能。

（3）大多数车载电源逆变器的外包装或使用手册上会注明输出波形类型，尽量选取纯正弦波输出波形，保证用电设备和车载电源逆变器的使用性能和工作寿命。

4.2 使用时注意

（1）严格按照车载电源逆变器标称带载功率使用，例如标称100W输出就匹配100W以下的用电设备。

（2）车载电源逆变器工作时发热程度较高，注意不要堵塞风扇散热孔，以免造成过热起火。

（3）车载电源逆变器不带载时也会消耗一定量车载蓄电池电能，在没有使用车载电源逆变器时最好将其拔出不连接。