1. 电源设备的适用范畴
IEC 61010-1 覆盖的电源设备范围相当广泛，凡是安装在测试测量、实验室或工业控制设备内部的电源，都落入本标准管辖范围。 电源设备的安全合规不是单一维度的任务——你必须在电击防护（绝缘距离 + 耐压）、火灾防护（限流 + 防火外壳）和热防护（温升限值）三个维度同时达标，开关电源还需额外通过 Annex K.3 复杂电路评估。
1.1 典型设备类型
| 设备类型 | 典型场景 | 关键评估点 |
|---|---|---|
| 实验室台式电源 | 可调 DC 输出，用于电路调试 | 输出端子绝缘、过载保护 |
| 内置 AC-DC 模块 | 仪表内部供电（如示波器、信号发生器） | 一次侧/二次侧隔离屏障 |
| 开关电源（SMPS） | 高效紧凑设计，含高频开关器件 | Annex K.3 复杂电路评估 |
| 电池充电器 | 实验室设备充电管理 | 反向电流保护、热管理 |
| 直流稳压电源 | 工业传感器供电 | 次级电路绝缘协调 |
| 分布式电源架构 | 机架系统内多个电源模块 | 系统级防护协调 |
1.2 与通用电源标准的区别
工程师提示： IEC 61010-1 对电源的要求比 IEC 62368-1（音视频/IT 设备）更严格。一个能在 IT 设备中合规的电源模块，不一定能通过 IEC 61010-1 的审查——尤其在于一次侧到二次侧的爬电距离要求因过电压类别和污染等级的差异而不同。
2. 电击防护：主线电路与次级电路
电击防护是电源设计的核心，IEC 61010-1 通过 Clause 6 定义了完整的层级防护体系。
2.1 主线电路（6.7.2 条）——接入电网的部分
主线电路直接连接交流电网，面临最高的过电压风险，绝缘要求最为严格。
| 参数 | 参照标准 | 关键说明 |
|---|---|---|
| 电气间隙 | 表 4（6.7.2.1 条） | 由工作电压峰值和过电压类别决定 |
| 爬电距离 | 表 4（6.7.2.1 条） | 由工作电压有效值和材料组别决定 |
| 耐压测试 | 表 5（6.7.2.2 条） | 基本绝缘和加强绝缘的测试电压不同 |
耐压测试电压（表 5 摘录）——主线电路：
| 工作电压（有效值 Vrms） | 基本绝缘测试电压（Vrms） | 加强绝缘测试电压（Vrms） |
|---|---|---|
| ≤150 | 1350 | 2700 |
| 150-300 | 1500 | 3000 |
| 300-600 | 2300 | 4600 |
| 600-1000 | 3000 | 6000 |
工程师提示： 主线电路的耐压测试中，Y 电容是常见的薄弱环节。如果选用了仅 1500V 耐压的 Y2 电容做加强绝缘，耐压测试将直接击穿。务必确认 Y 电容的额定电压与绝缘等级匹配。
2.2 次级电路（6.7.3 条）——受隔离保护的低压侧
次级电路是主线电源经隔离变压器/DC-DC 转换后的电路，电压较低但仍需绝缘保护。
| 参数 | 参照标准 | 关键说明 |
|---|---|---|
| 电气间隙 | 表 6（6.7.3.1 条） | 由次级电路工作电压峰值决定 |
| 爬电距离 | 表 7（6.7.3.2 条） | 由次级电路工作电压有效值决定 |
次级电路典型值：
| 次级电压（Vpk） | 基本绝缘间隙 | 加强绝缘间隙 | 基本绝缘爬电（PD2, 材料 IIIb） |
|---|---|---|---|
| ≤50 | 0.12mm | 0.24mm | 0.45mm |
| 50-100 | 0.5mm | 1.0mm | 0.71mm |
| 100-150 | 0.8mm | 1.6mm | 1.0mm |
| 150-300 | 1.5mm | 3.0mm | 1.6mm |
2.3 保护接地（6.5 条）——I 类设备的关键
对于 I 类设备（有保护接地连接），PE 导体的要求包括：
- 保护接地导体的横截面积不得小于表 13 规定值
- 保护接地连接需通过接地连续性测试（大电流测试）
- 保护接地端子应有明确的标记（符号 6）
- 保护接地连接不得使用可插拔连接器中的信号引脚
3. 开关电源的特殊要求（Annex K.3）
开关电源因工作在高频，产生的重复峰值电压和纹波使传统查表方法可能低估实际应力。
3.1 高频脉冲下的电气间隙计算
Annex K.3 规定了存在重复峰值电压的电路，电气间隙需按以下方法计算：
- 步骤 1： 确定稳态工作电压峰值 U_pk（含开关纹波）
- 步骤 2： 将 U_pk 与表 K.3 中的峰值工作电压对应
- 步骤 3： 查表 K.3 获取等效直流或工频电压值
- 步骤 4： 用等效电压值在表 4/6 中查取电气间隙
核心逻辑： 高频条件下的空气介质击穿机制与工频不同，重复脉冲的累积效应使实际击穿电压降低。
3.2 高频纹波对爬电距离的影响
- 开关频率 20-500kHz 的纹波电压叠加在 DC 电压上
- 计算爬电距离时，以最坏情况电压（峰值）的有效值为准
- 高频纹波提高了绝缘材料表面的电应力，对低 CTI 材料尤其显著
3.3 隔离变压器的绝缘屏障
开关电源的隔离变压器是实现一次侧到二次侧加强绝缘的关键元件：
- 变压器必须符合 IEC 61558 系列或等效标准（14.10 条）
- 一次绕组与二次绕组之间：加强绝缘，满足表 4 间隙和爬电
- 三层绝缘线（Triple Insulated Wire, TIW）：可替代绕组分隔
- 磁芯接地：若磁芯不可触及，可不作隔离要求
工程师提示： 选用变压器时，不仅要看标注的"加强绝缘"标签，还要看安规证书是否覆盖 IEC 61558 对应部分。如果变压器仅认证了 IEC 62368-1 的加强绝缘，在 IEC 61010-1 审核中可能被要求重新评估。
4. 过流保护（Clause 16）
过流保护的目的是防止设备内部故障导致的过电流引发危险。
4.1 限流要求
| 电路类型 | 限流参照 | 限值说明 |
|---|---|---|
| 主线电路 | 表 17 | 最大可用电流：根据 OCPD 额定值确定 |
| 次级电路 | 表 18 | OCPD 的额定值：按次级电路特性选择 |
表 17 —— 最大可用电流限值（摘录）：
| OCPD 额定电流 I_n（A） | 最大可用电流（A） |
|---|---|
| ≤6 | I_n × 2.5 |
| 6-16 | I_n × 2.0 |
| 16-32 | I_n × 1.6 |
| >32 | I_n × 1.3 |
4.2 保护装置选择
- 熔断器：最简单可靠，必须标注额定值和分断能力
- 断路器：可复位，但需验证分断容量
- PTC 热敏电阻：用于低压次级电路的保护
- OCPD 必须处于设备的受电侧（电源输入端）
5. 火灾防护（Clause 9）
5.1 核心要求
第 9.1 条要求： 设备内部起火不得蔓延到设备外部。
5.2 三种合规路径
| 路径 | 条款 | 方法 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| A | 9.2 | 限制引燃源 | 将潜在引燃源降到不可燃水平——限制电路中可用的能量 |
| B | 9.3 | 防火外壳 | 使用符合耐火等级（V-0 / V-1）的外壳材料，将火情封闭在壳体内 |
| C | 9.4 | SFC 测试 | 在模拟单故障条件下进行实际燃烧测试 |
5.3 评估路线图
对于电源设备，最常见的合规路径是组合：
- 主线电路： 通过熔断器（OCPD）配合接线端子满足限流要求 → 路径 A
- 高压/高能电路： 内部电路无法完全限制能量 → 依赖防火外壳 → 路径 B
- 电池供电电路： 需分析短路电流和电池化学成分 → 可能需路径 C 测试
工程师提示： 大多数电源采用"路径 A + 路径 B"组合方案——主线侧用熔断器限流，整个电源模块封入 V-0 防火外壳。对于内置在仪表内的开放式电源板，则必须依赖主机的防火外壳。
6. 温度限值（Clause 10）
6.1 可触及表面的温度限值
| 部位 | 材料 | 最大温升（K） | 参照表 |
|---|---|---|---|
| 外壳（正常操作接触） | 金属 | 30-40（取决于接触时间） | 表 19 |
| 外壳（正常操作接触） | 非金属 | 40-60（取决于材质） | 表 19 |
| 操作手柄/旋钮 | 金属 | 20-35 | 表 19 |
| 操作手柄/旋钮 | 非金属 | 30-45 | 表 19 |
| 外壳（偶然接触） | 金属 | 45-55 | 表 20 |
| 外壳（偶然接触） | 非金属 | 55-70 | 表 20 |
6.2 绕组温度限值
| 绝缘等级 | 最大温度（°C） | 典型材料 |
|---|---|---|
| A 级 | 105 | 棉、丝、纸（浸渍后） |
| E 级 | 120 | 聚酯漆包线 |
| B 级 | 130 | 聚酯亚胺漆包线 |
| F 级 | 155 | 聚酯亚胺/聚酰胺酰亚胺 |
| H 级 | 180 | 硅有机漆 / 聚酰亚胺 |
工程师提示： 开关电源变压器的温升测试应在满载、最低输入电压条件下进行——此时原边电流最大，绕组铜损最高，温升最恶劣。
7. 元器件要求（Clause 14）
| 元器件 | 参照标准 | 关键要求 |
|---|---|---|
| 变压器 | IEC 61558 | 加强绝缘验证，温度限值 |
| X 电容 | IEC 60384-14 | 跨主线 L-N 使用，须为 X1/X2 等级 |
| Y 电容 | IEC 60384-14 | 跨绝缘屏障使用，须为 Y1/Y2 等级 |
| 熔断器 | IEC 60127 | 分断能力须大于预期短路电流 |
| 光耦 | IEC 60747-5-5 | 加强绝缘用光耦须通过 IEC 60747-5-5 认证 |
| PCB | — | 可燃性等级：V-0（如果 PCB 作为绝缘支撑） |
8. 电源安全测试流程
按以下顺序执行测试，不可跳步或调序：
- 目视检查： 铭牌标记、符号、警告标签是否正确
- 外壳机械测试： 防触电测试指（Test Finger）检查可触及性
- 接地连续性测试： I 类设备 PE 端子通大电流测试（25-32A）
- 耐压测试（HiPot）： 主线电路和次级电路按表 5 执行
- 绝缘电阻测试： 基本绝缘 ≥2MΩ，加强绝缘 ≥5MΩ
- 漏电流测试（Touch Current）： 正常条件和单故障条件
- 温升测试（加热试验）： 满载运行至热稳定，测量所有关键点温度
- 故障条件测试： 短路/过载关键元件，检查是否产生危险
- SFC 测试（如适用）： 单故障燃烧测试
9. 电源设计合规清单
| 序号 | 检查项 | 参照条款 | 状态 |
|---|---|---|---|
| 1 | 主线 L/N 到 PE 间隙 ≥ 表 4 要求 | 6.7.2 | □ |
| 2 | 主线到次级（加强绝缘）间隙 ≥ 表 4/6 要求 | 6.7.2 / 6.7.3 | □ |
| 3 | 开关电源特殊电路已做 Annex K.3 评估 | Annex K.3 | □ |
| 4 | Y 电容耐压等级与绝缘等级匹配 | 14.7 | □ |
| 5 | 熔断器分断能力 ≥ 预期短路电流 | 16.2 | □ |
| 6 | 外壳材料可燃性等级（V-0 或 V-1 按需求） | 9.3 | □ |
| 7 | 可触及外壳温度 ≤ 表 19/20 限值 | 10.3 | □ |
| 8 | 变压器绕组温度 ≤ 对应绝缘等级限值 | 10.5 | □ |
| 9 | PE 导体截面积 ≥ 表 13 要求 | 6.5 | □ |
| 10 | 铭牌标记完整（OV 类别、污染等级、IP 等级等） | 5.1 | □ |
| 11 | 海拔额定值标注（若 >2000m） | 5.1 / Annex K.1 | □ |
| 12 | 保护阻抗（如适用）短时耐压测试通过 | 6.8 | □ |
10. AC-DC 开关电源合规结构图
11. 参考来源
- IEC 61010-1:2010+AMD1:2016 CSV, Clause 6.5 / 6.7 / 6.8 — Protection against electric shock
- IEC 61010-1:2010+AMD1:2016 CSV, Clause 9 — Protection against fire
- IEC 61010-1:2010+AMD1:2016 CSV, Clause 10 — Temperature limits
- IEC 61010-1:2010+AMD1:2016 CSV, Clause 14 — Components and subassemblies
- IEC 61010-1:2010+AMD1:2016 CSV, Clause 16 — Overcurrent protection
- IEC 61010-1:2010+AMD1:2016 CSV, Annex K.3 — Circuits with recurring peak voltages
- IEC 61010-1:2010+AMD1:2016 CSV, Table 4/5/6/7/17/18/19/20
- IEC 61558 — Safety of power transformers, power supplies
- IEC 62368-1 — Audio/video, information and communication technology equipment (for comparison)