家用电器电子电路评估试验能力验证实施与研究

陈宇军 石利利 宋家汉

（威凯检测技术有限公司 广州 510663）

引言

能力验证[1]是利用实验室间的比对，按照预先制定的准则评价参加者能力的合格评定活动。参加能力验证，可有效提升实验室检验检测能力水平；并通过比对的方式，验证实验室相应的测试能力；同时帮助市场监管部门、政府部门监控认可实验室的持续发展。

随着家用电器的智能化和智能家电市场的不断发展，用户越来越关注保护电子电路和软件的安全性，有关家用电器电子电路和软件评估的检测需求、检测实验室对该领域的认可需求、以及参与有关能力验证的需求亦在逐年上升。因此，本文结合已实施的能力验证计划，依据国际国内相关能力验证的政策和标准，对能力验证计划方案设计与实施过程中涉及的几个关键点进行分析及探讨。

1 家用电器电子电路评估试验依据标准

本次能力验证计划的试验依据GB 4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全 第1部分：通用要求》的附录Q进行[3]，具体如图 1所示。

2 能力验证方案设计与实施的基本内容

能力验证计划的运作步骤大致如图2所示。

图2 能力验证计划运作步骤

在上述能力验证运作步骤中，方案设计、样品制备等是直接影响能力验证计划质量的过程，确保这些过程依据既定的程序进行，是能力验证计划能否取得成功的关键。ISO/IEC 17043要求能力验证计划的组织者在计划开始前应制定文件化的方案，说明计划的目的、目标及基本的设计情况。为此，实施机构对实施的能力验证项目应进行充分的调查研究，获取包括技术和组织等各方面的信息[2]。

3 能力验证计划设计与实施

3.1 样品基本要求

3.1.1 样品特性

本次能力验证选取的样品为特制的家用电器电子电路评估试验装置，本次能力验证计划的测试参数包含如下部分：

1）样品是否具备保护电子电路；

2）样品是否需要进行软件评估。

3.1.2 预期的量值范围

本次能力验证计划为定性计划，预期的设计值为样品具备保护电子电路、不需要进行软件评估。

如图3所示，本次试验样品为一个特制的家用电器电子电路评估试验装置，装置由电机运行电路板、锂电池、直流电机构成，电机运行电路板具有两个开关，分别为位于电路板上的启动开关、位于电路板下的安全开关，同时电路板上带有一个用于充电的Micro-USB接口、以及用以提示开关状态的LED灯。

图3 样品及配件展示图

样品附带有杜邦线、长尾夹和充电线：杜邦线用于施加元件的短路故障，长尾夹用于保持安全开关的持续闭合，充电线用于锂电池充电（详细情况见附件4样品说明书）。

本次能力验证样品的两个开关分别模拟家用电器的启动开关和安全开关，后者对应家用电器安全锁功能。因此，本次能力验证样品仅在安全开关和启动开关均动作时，电机方可启动。

3.2 样品设计原理

能力验证样品的电气原理图如图4所示，特制的家用电器电子电路评估试验装置包含充电回路、运行回路和控制回路。运行回路由锂电池供电，使直流电机转动。

图4 样品设计电路图

充电回路中，锂电池通过Micro-USB接口充电，并通过三极管S8050作为充电触发电路，以确保充电电压、电流满足充电额定电压、电流时方可充电。通过芯片LP28057A，将充电电压和电流转换成合适于3.7 V8 A的锂电池的充电电压与电流，同时提供保护功能和充电状态输出信号。

控制回路中，在充电状态下，样品能否运行由充电回路的电压电流、运行回路的电压电流、以及开关状态决定；在不充电状态下，样品能否运行由运行回路的电压电流、以及开关状态决定，具体如下：

HT66F0181芯片的引脚6/7/8/9/10/13/14的电平状态共同决定引脚4/9的状态。若引脚6/10均为低电平，即SW1和SW2均闭合，检测工作电流引脚为高电平时，且检测充电状态引脚为低电平时，引脚4和引脚9将输出高电平，此时场效应管Q1和Q3处于导通状态，电源可直接给直流电机供电。

若检测充电状态引脚为高电平时，则需要唤醒USB电压、检测USB电压引脚均为高电平时，且满足SW1和SW2均闭合，检测工作电流引脚为高电平，引脚4和引脚9方可输出高电平，此时场效应管Q1和Q3处于导通状态，电源可直接给直流电机供电。

二极管D1M7起到续流作用，用于保证直流电机的稳定运行，同时防止电机反转产生电流的回流导致电源受损。

3.3 样品的均匀性和稳定性评价

在实施能力验证计划时，应确保能力验证中出现的不满意结果不归咎于样品之间或样品本身的变异性。因此，必须对样品进行均匀性检验和稳定性检验。

3.3.1 样品均匀性评价和判定准则

由同一检测员按照能力验证计划作业指导书完成试验，并对样品在家用电器电子电路评估试验、软件评估必要性试验的结果进行统计分析，若样品的试验结果均与已知值一致，即样品均具备保护电子电路，且不需要进行软件评估，则表明样品是均匀的。

3.3.2 样品稳定性评价和判定准则

经过环境温湿度试验、振动试验之后，由同一检测员按照能力验证计划作业指导书完成试验，并对样品在家用电器电子电路评估试验、软件评估必要性试验的结果进行统计分析，若样品的试验结果与均匀性检验结果一致，则表明样品稳定。

3.3.3 样品的抽样时机、抽样方式和数量

均匀性检验：本次能力验证样品均匀性评定在被包装成最终形式之后，发给参加者之前进行，对能力验证样品进行全检。

稳定性检验：样品发出之前，经过环境温湿度试验、振动试验后，对样品进行稳定性检验；样品回收之后，对样品进行稳定性验证，从而保证样品在能力验证实施过程中的稳定性。稳定性检验的抽样量通常为3个或者3个以上，本次能力验证计划随机抽取3个样品进行稳定性检验。

3.4 能力验证作业指导书设计

3.4.1 测试步骤

1）详细阅读样品说明书，并检查样品是否齐全，同时将样品放置在温度为15～25 ℃、相对湿度为15～65 %的环境下静置2 h；

2）开始测试前，请给样品充电10 min，以确保试验过程中保持充足的电量。试验过程中切勿充电；

3）充电结束后给样品散热约5 min，以保证样品与实验环境的热平衡；

4）根据样品说明书，检查样品功能是否正常；

5）根据标准GB 4706.1条款19.11.2评估电子电路，本次试验需要考虑的故障情况仅限于3.4.2问题1的表格所呈现的4个故障。可以仅进行理论分析，亦可动手对样品施加故障试验。分析/观察施加故障情况下，分别在安全开关闭合和断开的条件下启动样品时，电机能否启动，填写附件2问题3的表格，并判断样品是否具有保护电子电路，填写分析过程并将结果填入附件1中；

6）必要时，根据标准GB 4706.1条款19.11.3对样品进行双重元件故障试验，本次试验需要考虑的故障情况仅限于3.4.2问题2的表格所呈现的4个故障。可以仅进行理论分析，亦可动手对样品施加故障试验。分析/观察施加故障情况下，分别在安全开关闭合和断开的条件下启动样品时，电机能否启动，填写附件2问题4的表格，判断样品是否需要进行软件评估，填写分析过程并将结果填入附件1中。

注：

1）本次计划只涉危险运动部件（直流电机）保护的考核，不考核电机堵转、温升、着火和防触电等判定条件，且不涉及任何其他GB 4706.XX系列标准的特殊要求。

2）理论分析、单一故障试验、双重元件故障试验需要考虑的故障范围均仅限于附件2的表格所呈现的所有故障。

3.4.2 结果填报

1）请贵实验室根据理论分析结果或施加的单一故障试验结果，填写表1，并分析样品是否具备保护电子电路，填写分析过程；

表1 单一故障试验过程调查表

2）请贵实验室根据理论分析结果或施加的单一故障试验结果，判断是否需要进行试验步骤6，若有必要进行试验步骤6的双重元件故障试验，请进行理论分析或实际施加双重元件故障试验，根据理论分析结果或试验现象，填写表2；并分析样品是否需要进行软件评估，填写分析过程。

表2 双重故障试验过程调查表

4 能力验证技术分析及建议

4.1 样品电路原理图的应用建议

本次能力验证计划作业指导书中提供了样品关键电路的电气原理图，根据标准GB 4706.1的19.11条款的注1规定：“在对器具进行保护电子电路评估时，可以先对器具和其电路图进行检查和分析，揭示出那些必须模拟的故障情况，以便能把试验限制在预期可能出现最不利结果的那些情况。”鉴于本次计划设计的故障点是相对容易进行理论分析并直接得出结果的，实验室可以根据样品的电路原理图进行理论分析，直接得出施加短路故障情况下样品启动情况，而不必进行实际的短路施加试验。

实际施加短路试验得出的结论在理论分析较难的情况下可信度较高，但在实际进行测试时，若试验器具、施加故障和进行测试的过程相当复杂，则对样品的所有关键元器件进行故障测试需要花费较多时间。另外，由于试验样品数量限制，可能会漏做关键的故障试验，从而影响最终判定。因此，能力验证计划组织方鼓励参加者首先分析电子电路原理图，在动手进行故障试验前，充分分析被测样品的原理，包括但不限于：

——电源供给部分；

——产品主干线路；

——小信号控制主干线路信息流；

——必要时下载主控IC的说明书进行阅读。

理论分析结合动手实践，有利于充分地评估被测产品的电子电路，若能直接得出结论，则可不进行实际的故障试验，从而提高检测效率。

4.2 软件评估必要性判断问题

在判断样品具备保护电子电路后，根据标准GB 4706.1-2005或IEC 60335-1:2004的附录Q《电子电路评估试验程序》，在按照上述标准的19.11.2条款中a）～ f）的故障要求施加故障的基础上，再对保护电子电路进行19.11.2 a）～ f） 要求的故障试验，若保护电子电路依旧动作，或采取了其他措施使得试验器具依旧正常运行，则需要进行软件评估。

对本次计划而言，由于在施加单一故障的基础上，对样品再次施加短路故障后，样品在安全开关断开的情况下自动启动。从产品安全功能实现的角度来说，由于电机的启动和暂停都不受安全开关的控制，存在明显的机械伤害风险，无法依赖保护电子电路降低或避免危害的发生，故需要通过控制芯片实现进一步的软件保护。但就本次计划而言，无论样品是否采取了集成电路来进行软件控制和软件保护，由于在进行二次故障实验时，保护电子电路失效，因此不需要进行软件评估。

5 结论

本文结合已实施家用电器电子电路评估试验能力验证计划方案中的“样品设计与制备”、“均匀性和稳定性检验”、“能力验证作业指导书”、“能力验证技术分析及建议”等关键点对能力验证计划的设计实施进行了分析和探讨，并对“电路图分析”、“软件评估必要性判定”等方面给出相应的技术建议，期望能为其他PTP机构提供参考，以便完善已有的能力验证计划，提升能力验证项目的质量。