LV. 10
GP 3k

【心得】了解充電器與手機感電之關聯性

樓主 港都狼仔 trumpet
GP177 BP-
新聞中偶爾會聽到有使用者在一邊充電一邊使用手機時,不慎遭到電死的消息,也有使用者詢問為何手機插著充電器使用時,摸起來會有點麻麻的感覺,以下說明充電器與手機感電的關聯性

常見的手機充電器屬於Class-II第二級(沒有接地)的小功率交換電源,交換電源運作時其高頻變壓器會產生高頻共模交換雜訊,如果沒有將其抑制的話,會沿著輸出端去干擾用電的負載。第二級交換式電源中將雜訊旁路的方式,就是透過一個Y電容,跨接在一次側與二次側之間,將該交換雜訊”短路”,避免從輸出端去干擾負載。以下是充電器中Y電容在電路上連接的實際照片:

除設置Y電容,還刻意將一次側與二次側間的電路板切出開口,並使用塑膠隔板,增長絕緣路徑,減少漏電風險

為了降低共模雜訊,改善EMC(電磁相容),Y電容必須跨接在高電壓的一次側與低電壓的二次側之間,所以其安全性相當重要,這個Y電容必須選擇正確的容值來達到最佳的雜訊短路效果,還要經過安規認證,使其有最小的漏電電流,對於非醫療用的第二級交換電源,其漏電流應小於85uA,但因為漏電流不等於0,所以使用高輸入阻抗的電表量測時,在輸出的負極線路上就會測得輸入電壓一半的電壓

以下透過實際測試,來說明充電器Y電容在輸出負極以及手機上,會有什麼樣的結果
下圖左邊是三用電表,右邊三支手機用充電線插在已經通電的充電器上
將電表轉到交流電壓檔,測試者手握一支探棒,雙腳直接踩在磁磚地板上,然後用另一支探棒去接觸手機

當探棒碰觸右邊的手機,因為手機的正面不是導電材料(玻璃),所以不會有電壓差,碰觸手機其他部分的塑膠外殼也是一樣的結果

因充電器內Y電容會有微小漏電流從充電線的負極/屏蔽層傳過來,當由人體傳導接地後,就會產生交流輸入電壓一半(115/2=57.5V)的電壓差。
所以當探棒碰觸左邊手機充電線插頭的金屬部分,因為充電線屏蔽層與負極相通,所以連接屏蔽層的插頭外殼就會測到53VAC的電壓,因為這支手機外殼也是塑膠製,所以碰觸其他部分就不會出現電壓差

中間的手機下面有外露的金屬螺絲,用探棒碰觸到金屬螺絲時可以量到53VAC的電壓差,表示這支手機的金屬螺絲與充電線的屏蔽層/負極相通

把中間的手機翻過來,這支手機背面採用金屬外殼,金屬外殼表面分成有陽極處理與沒有陽極處理的區域,用探棒在未陽極處理的金屬外殼(如背面LOGO、鏡頭旁的金屬圈)上也可以測到53V的電壓差,表示金屬外殼也與充電線的屏蔽層/負極相通

為何電表可以測到電壓,但人體沒有觸電的感覺?因為三用電表的電壓檔屬於高阻抗輸入,所以可以測到由Y電容的微小漏電流所產生的電壓差
手上的三用電表有一個比較特別的檔位,叫做LoZ ACV(低輸入阻抗電壓檔),這個檔位可透過降低輸入阻抗方式,來排除電路測試中所謂的”假性電壓”(Ghost Voltage),這時用LoZ ACV檔再測一次中間手機背面的金屬外殼,可以發現到電壓不見了,表示說Y電容運作正常時,其微小漏電流通過正常人體阻抗下,是不會產生危險電壓的

用小電流檔,測試Y電容對人體的漏電流,僅有48uA,比起規範的85uA還要小,表示說此充電器使用的Y電容符合安規規範


以上透過實際測量,了解第二級交換式電源的Y電容於安規規範下對接地人體所產生的漏電流及電壓差。假如充電器採用劣質的電容,於最糟糕的情況下電容本體可能會發生短路失效,這等於讓使用者直接暴露在一次側高壓的風險之下,並導致嚴重的觸電事故(如同新聞中充電時使用手機,而被電死的案例),正規的Y電容,會將發生短路的機率降到最低,避免危害使用者的安全
除了手機的金屬外殼外,耳機也是一個會與屏蔽層/負極相通的裝置,因為同樣會接觸人體,所以也是一個Y電容漏電流傳導至人體的路徑
為了確保充電的安全,必須使用合格的充電器,將此漏電流控制在安全範圍內。除此之外,人體阻抗改變與體質差異,在相同漏電流下亦會有不一樣的感受,所以要記得不要在潮濕/有水氣的環境下充電,因為在潮濕/有水氣的環境下,人體的等效阻抗會降低,就會對較小的電流產生觸電感
假若要完全排除Y電容漏電流產生的影響,可以採用傳統變壓器的線性電源,就能排除來自交換電源的共模雜訊及Y電容產生的漏電流/電壓差問題

報告完畢,謝謝收看
177
-
未登入的勇者,要加入討論嗎?
板務人員:

266 筆精華,09/18 更新
一個月內新增 2
歡迎加入共同維護。


face基於日前微軟官方表示 Internet Explorer 不再支援新的網路標準,可能無法使用新的應用程式來呈現網站內容,在瀏覽器支援度及網站安全性的雙重考量下,為了讓巴友們有更好的使用體驗,巴哈姆特即將於 2019年9月2日 停止支援 Internet Explorer 瀏覽器的頁面呈現和功能。
屆時建議您使用下述瀏覽器來瀏覽巴哈姆特:
。Google Chrome(推薦)
。Mozilla Firefox
。Microsoft Edge(Windows10以上的作業系統版本才可使用)

face我們了解您不想看到廣告的心情⋯ 若您願意支持巴哈姆特永續經營,請將 gamer.com.tw 加入廣告阻擋工具的白名單中,謝謝 !【教學】