LN连接件球压试验和维卡试验方法研究_王珏斌.pdf

2023.06ELECTRONICS QUALITYLN 连接件球压试验和维卡试验方法研究王珏斌，冯建军（江苏省电子信息产品质量监督检验研究院，江苏 无锡214000）摘 要：随着电子产品的日益发展，其安全性关乎着每一位消费者，安全关键件的耐热性是产品安全性能的一个重要指标。LN连接件是开关电源的一个重要安全关键件，其会通过金属端子直接与电网电源相连接。因此，LN连接件应能充分耐热，否则会出现短路故障或者着火等危险。根据GB 4943.12022音视频、信息技术和通信技术设备 第1部分：安全要求 的要求，耐压常热的试验将GB 4943.12011的球压试验和GB 8898.12011的维卡试验结合到一起来开展，因此，以LN连接器为研究对象，对其球压试验和维卡试验进行了研究。首先，简单介绍了球压试验和维卡试验的要求；然后，详细地阐述了试验方法及流程；最后，对试验结果进行了分析。结果表明，该样品能够满足球压试验和维卡试验的要求，为LN连接器耐热试验的开展及耐热性能的判定提供了一定的参考。关键词：LN连接件；球压试验；维卡试验中国分类号：TB 114.37文献标识码：A文章编号：1003-0107（2023）06-0057-04doi:10.3969/j.issn.1003-0107.2023.06.013Research on Ball Pressure Test and Vica Test Method of LN ConnectorWANG Juebin，FENG Jianjun（Jiangsu Electronic Information Product Quality Supervision and Inspection Institute，Wuxi 214000，China）Abstract：With the increasing development of electronic products，their security concerns every consumer.The heatresistance of safety critical parts is an important index of its safety performance.The LN connector is an importantsafety critical component of the switching power supply and is directly connected to the grid power supply through ametal terminal.Therefore，the LN connector should be fully heat-resistant，otherwise there will be short circuit failure，fire and other dangers.According to the requirements of GB 4943.12022“Audio/video，information and communica-tion technology equipment-part 1：safety requirements”，the test of withstand pressure and constant heat is usuallycarried out by integrating the ball pressure test of GB 4943.12011 and the Vica test of GB 8898.12011.Therefore，taking LN connector as the research object，its ball pressure test and Vica test are studied.Firstly，the requirementsof ball pressure test and Vica test are briefly introduced.Then，the test method and process are described in detail.Fi-nally，the experimental results are analyzed.The results show that the sample can meet the requirements of ball pres-sure test and Vica test，which provides some guidance for the development of heat resistance test and the determina-tion of heat resistance of LN connector.Keywords：LN connection；ball pressure test；Vicat test收稿日期：2022-11-14修回日期：2022-11-15作者简介：王珏斌（1991），男，江苏徐州人，江苏省电子信息产品质量监督检验研究院工程师，硕士，从事安规产品检测工作。Reliability Technology可 靠 性 技 术57ELECTRONICSQUALITYELECTRONICS QUALITY0引言所有电工电子产品的设计都需要考虑非正常热风险和潜在的非正常热危险1-2。例如：在电源板上的LN接线件或变压器骨架等零部件，这些安全关键件都会承载一定量的电流。根据焦耳定律的数学表达式：Q=I2Rt1，3，可以得出电流通过导体所产生的热量（Q）与导体的电阻（R）、通过导体的电流的平方（I2）和通电时间（t）成正比。然而电流通过导体时会产生热量，为电流的热效应4-5。如果部件承载的电流过大，会导致关键的塑料部件软化，发生短路故障、着火等危险。因此，在正常操作条件下和在合理可预见的异常使用状态下，当发生故障和失效时，应将潜在的 着 火风险降低到可以接受的水平6-7。根据GB 4943.12022音视频、信息技术和通信技术设备 第1部分：安全要求 中的要求，通过球压试验和维卡试验对直接安装导电金属零部件的热塑性零部件进行了考核。1球压试验和维卡试验的测试条件根据GB 4943.12022音视频、信息技术和通信技术设备 第1部分：安全要求5.4.1.10条款的要求：如果塑料软化会导致安全防护失效，则直接安装导电金属部件的热塑性零部件应当能充分耐热。通过检查材料制造商维卡或球压试验数据来检验是否合格。如果不能提供试验数据，则要通过5.4.1.10.2的维卡试验或5.4.1.10.3的球压试验来检验是否合格。a）维卡试验要求在按B.2规定的正常工作条件期间测得的温度，应当低于GB/T 1633维卡试验B50法规定的维卡软化温度至少15 K；在B.3规定的异常工作条件期间测得的温度，应当低于维卡软化温度；支撑由电网电源供电的电路中的零部件的非金属部件，其维卡软化温度不得低于125。b）球 压 试 验 要 求 通 过 对 零 部 件 按 照GB/T 5169.21的规定进行球压试验来检验其是否合格；试验在温度为（T-Tamb+Tma+15）2 的加热箱内进行；但是，支撑由电网电源供电的电路中的零部件的热塑性零部件要在至少125 的温度下进行试验。T为在规定的试验条件下测得的给定的零部件的温度，Tmax为规定的符合试验要求的最高温度，Tma为制造商规定的最高环境温度或35，两者中取较高者。需要说明的是：1）对预期不在热带气候条件下使用的设备，Tma为制造商规定的最高环境温度或25，两者中取较高者；2）高海拔地区温度测量条件和温度限值的要求正在考虑中。在未得到另外的数据之前，可以使用2000 m以下的发热试验条件和温度限值；试验后，尺寸压痕的直径（d）不得超过2 mm。2测试结果和分析2.1 球压试验GB 4943.12022标准中的球压试验是引用了GB/T 5169.212017电工电子产品着火危险试验第21部分：非正常热球压试验方法 中的测试方法。试验装置负载由一个直径为5 mm0.05 mm的压力球（符合ISO 3290-1的滚动轴承成品钢球）连接到砝码系统中构成，其被设计成可施加一个垂直向下的作用力，包含压力球的质量相当于20 N0.2 N的负载。试样支座应能满足：1）将试样刚性支撑在水平位置；2）有足够的强度支撑负载装置；3）有足够的表面；4）有足够大的质量，以防止在烘箱内放置和取出试样时，出现试验装置温度明显降低的情况。在试样支座中心下方约3 mm的位置安装一个独立热电偶，用于检查试样支座的温度不能显著偏离试验温度。试验程序中试验温度的选择：方法A（验证试验方法）通常需要在一个指代的试验温度下进行，以此来测定其是否符合试验结果评估的要求。除非相关产品规范另有说明，试验方法应在下述指定的温度下进行：1）支撑载流部件，试验温度应为40+（产品规范指定的）部件最大允许温升；2）对于其他部件，试验温度则应为环境温度+（产品规范指定的）部件最大允许温升。除非相关产品规范另有说明，对于支撑载流部件，其试验温度不应低于125；而对于其他部件，试验温度则不应低于75。球压试验的流程如下所述。a）样品的预处理：试样应放置在温度为1535、相对湿度为45%75%的大气环境下至少24 h。582023.06ELECTRONICS QUALITYb）烘箱的预热：试验在烘箱内的空气中进行，烘箱温度按相关规范的规定（容差在2 范围内）在距离试样中心约50 mm以内的位置测量。试样支座和负载应在该温度下预热最少3 h。c）试样的放置应在尽可能短的时间内完成，一般不超过30 s。试验箱应在5 min内恢复到指定的温度（2）且过冲不超过5。将试样放置在试样支座大致中间的位置，确定其上表面是水平的。轻轻地将压力球放在试样大致中间的位置，确保试验期间压力球除了向下移动之外，不会存在其他情况。d）负载装置应保持在试样上6062 min。e）试验结束后，应该在10 s内将试样放在20 5 的水中浸没。f）从水中移动，并去除所有水迹，在3 min中测定尺寸d。尺寸d是能测量出从压痕的一端清晰边界到另一端清晰边界之间的最大距离。尺寸d应排除任何向上的形变。合格判定的结果：如果尺寸d没有超过2.0 mm，该试验结果为通过。本次试验的样片是开关电源上的LN连接件，将LN连接件切取成厚度为3.0 mm的样片进行测试，样片的厚度通过游标卡尺测量。开关电源上的LN连接件在正常工作下的温度值如图1所示。由图1中可以看出，当开关电源工作稳定时，LN连接件表面的温度趋于稳定，表面温度为42.3。根据公式：T-Tamb+Tma+15，T=42.3，Tamb=25.0，Tma=35。可以得出试验温度为67.3 2。根据GB/T 5169.21标准中的限定，对于支撑载流部件，其试验温度应不应低于125。因此，烘箱的试验温度选择125。按照前文所述的球压试验的流程a）-f）的试验步骤进行测试。从图2中可以看出，曲线1为烘箱内的试验温 度，通 过 温 升 记 录 仪 测 出 烘 箱 内 的 温 度 为125.6，根据GB/T 5169.21标准规定烘箱温度应为125（容差在2 范围内），可以得出测试环境满足标准的要求；曲线2是支座下方3 mm处的温度，其值为125.4，可以看出负载的热传导性较好，其温度与烘箱内的温度数值相差极小。图3是样片在烘箱内经过60 min试验后，在显微镜下的放大图，通过螺旋测微器读出a点和b点的距离，计算出压痕直径：d=（b-a）。a点的数值为5.87 mm，b点的数值为6.99 mm。通过计算可以得出压痕直径d=1.12 mm。据GB/T 5169.21标准中的合格判定依据d不超过2.0 mm，可以得出该样片满足球压试验的要求。图1开关电源上的LN连接件在正常工作下的温度值（42.3）CH0702/图3球压试验后样品在显微镜下的放大图ab图2烘箱内温度和支座下方3 mm处的温度的数值CH021/曲线1曲线2CH027/Reliability Technology可 靠 性 技 术59ELECTRONICSQUALITYELECTRONICS QUALITY2.2 维卡试验GB 4943.12022标准中的维卡试验是引用GB/T 16332000 热 塑 性 塑 料 维 卡 软 化 温 度（VST）的测定 中的测试方法。其测试原理是在既定负荷条件下标准压针刺入热塑性塑料试样表面1 mm深度时的温度。B50法是使用50 N的力，加热速率为50/h。测试样片厚度应在36.5 mm，边长为10 mm的正方形或直径10 mm的圆形，表面平整、平行、无飞边。维卡试验流程如下所述。a）将试样水平放在未加负载的压针头下，压针头离试样边缘不得少于3 mm，与仪器底座接触的试样表面应平整。b）将组合件放入加热装置中，起动搅拌器，在每项试验开始时，加热装置的温度应该2023。当使用加热浴时，温度计的水银球或测温仪器的传感部件应与试样在同一水平面上，并尽可能地靠近试样。如果预备试验表面在其他温度下开始试验不会对受试材料造成误差，则可采用其他起始温度。c）5 min后，压针头处于静止位置，将足量砝码加到负荷板上，以使加在试样上的总推力，对于B50为50 N1 N，然后记录千分表的读数或将仪器调零。d）以50/h5/h或120/h10/h的速度匀速升高加热装置的温度；当使用加热浴时，试验过程中要充分搅拌液体；对于仲裁试验应使用50/h的升温速率。e）当压针头刺入试样的深度超过步骤c）规定的起始位置1 mm0.01 mm时，记下传感器测得的油浴温度，即为试样的维卡软化温度。f）受试材料的维卡软化温度以试样维卡软化温度的算数平均值来标识。如果单个试验结果差的范围超过2，则记下单个试验结果，并用另一组至少2个试样重复进行一次试验。本次试验裁 取2个厚度为3.0 mm、边 长 为10 mm的正方形样片。选择50/h的升温条件，按照前文所述的维卡试验的流程a）-f）的试验步骤进行测试。得出1#样 片 的 维 卡 软 化 温 度 为152.4，2#样片的维卡软化温度为152.8，其算数平均值为152.6。可知本次测试样品的维卡软化温升为152.6。由图1可知开关电源上的LN连接件在正常工作下的温度值为42.3，低于GB/T 1633维卡试验B50法规定的维卡软化温度至少15 K；由图3可知开关电源上的LN连接件在异常工作下的温度值为44.6，低于B50法规定的维卡软化温度。可以得出该样片满足维卡试验的要求。3结束语本次试验的样片均能满足GB 4943.12022标准中球压试验和维卡试验的要求，球压试验压痕直径d=1.12 mm，维卡软化温度为152.6。维卡试验和球压试验虽然是两种测试方法，但在测试原理上具有一定的互通性，均是考核塑料件的耐热性。本文的测试结果为后续塑料件耐异常热的判定提供了一定的参考意义。参考文献：1中华人民共和国工业和信息化部.音视频、信息技术和通信技术设备 安全 第1部分：安全要求：GB 4943.12022 S.北京：中国标准出版社，2022.2李运贤，林棠杰.维卡软化点温度测定方法及仪器的研究J.机电工程技术，2020，49（8）：91-92.3范建波，陈信勇，李俊，等.球压测试的影响因素分析J.环境技术，2020，38（6）：186-190.4高江平.耐热（球压）试验压痕直径的测量不确定度评估J.现代测量与实验室管理，2016，24（4）：24-25.5杨帆.对于触摸式感应开关绝缘材料球压试验温度选择的探讨J.日用电器，2021（8）：102-106.6王一宁，张学军，魏运明.做好电气产品球压试验的探讨J.电子质量，2021（6）：125-127.7姚佳人，吴嘉杰.塑料维卡软化温度的测定能力验证分析J.机械工业标准化与质量，2022，49（8）：27-29.图3开关电源上的LN连接件在异常工作下的温度值（44.6）CH041/60