标准依据： IEC/UL 62368-1:2020（第三版）/ IEC/UL 62368-1:2023（第四版）
适用章节： Clause 4.2（能量源分类定义）、Clause 5.2（电能量源分级与限值）、Clause 5.3（电能量源防护）
文章类型： 主题型
撰写日期： 2026-06-09
一、问题背景：为什么要对电能量源分级？
你拿到一台新设计的电源类产品，需要判断哪些电路对人体有危险、需要什么样的绝缘防护。传统标准（IEC 60950-1）采用的是"规定型"安全思路——直接告诉你用什么、怎么装。而 IEC 62368-1 采用的是**危险源安全工程（HBSE）**思路：先识别能量源的危险等级，再决定需要几道防护。
电能量源分为三个等级：
| 等级 | 名称 | 人体效应 | 防护要求 |
|---|---|---|---|
| ES1 | Class 1 | 无害（不会引起疼痛） | 无 |
| ES2 | Class 2 | 疼痛（但不会受伤） | 基本防护 |
| ES3 | Class 3 | 伤害（电击伤害） | 双重/加强防护 |
核心问题： 我的电路到底属于哪一级？需要几道防护？
二、分级判定流程
2.1 判定逻辑
电能量源的分级须同时考虑电压和电流，并覆盖三种工作条件：
- NORMAL OPERATING CONDITIONS（正常工作条件）
- ABNORMAL OPERATING CONDITIONS（异常工作条件）
- SINGLE FAULT CONDITIONS（单一故障条件）
⚠️ 注意：ES1 的定义还额外要求——在基本防护或附加防护发生单一故障时，电压/电流仍不超过 ES1 限值（见 5.2.1.1）。
下图展示了分级判定的完整决策流程：
2.2 稳态 vs 非稳态
IEC 62368-1 对"稳态"的定义非常明确：电压或电流持续 ≥ 2 秒才按稳态处理。不足 2 秒的短暂能量释放按以下方式处理：
| 能量形式 | 适用表格 | 关键参数 |
|---|---|---|
| 稳态（≥ 2s） | Table 4 | 电压 + 电流 |
| 充电电容 | Table 5 | 电容量 → 查允许峰值电压 |
| 单脉冲（≤ 10ms~2s） | Table 6 & 7 | 脉冲持续时间 → 查允许电压/电流 |
| 重复脉冲 | Clause 5.2.2.5 | 重复频率 + 能量累积 |
三、稳态限值详解（Table 4）
3.1 限值总览
下面是 ES1/ES2 的稳态限值完整矩阵：
3.2 限值解读要点
直流（DC）限值：
- ES1：≤ 60 V DC，且 ≤ 2 mA
- ES2：≤ 120 V DC，且 ≤ 25 mA
- ES3：超过 ES2 限值
交流（AC）限值（≤ 1 kHz）：
- ES1：≤ 30 V RMS（42.4 V 峰值），且 ≤ 0.5 mA RMS
- ES2：≤ 50 V RMS（70.7 V 峰值），且 ≤ 5 mA RMS
- ES3：超过 ES2 限值
高频 AC 修正（> 1 kHz）：
| 频率范围 | ES1 电压限值 | ES2 电压限值 |
|---|---|---|
| 1 kHz ~ 100 kHz | 30 + 0.4f (V RMS) | 50 + 0.9f (V RMS) |
| > 100 kHz | 70 V RMS | 140 V RMS |
💡 工程提示： f 的单位是 kHz。例如 20 kHz 开关电源，ES1 电压限值 = 30 + 0.4×20 = 38 V RMS。
AC + DC 混合信号：
当电路同时存在交流和直流分量时，须用求和公式判定（公式见标准 Table 4 底部）：
U_DC / 60 + U_AC_RMS / U_RMS_limit ≤ 1 (ES1 判定)
若求和结果 ≤ 1，则不超过对应等级限值。
四、电容储能限值（Table 5）
电容两端储存的能量可能在接触时释放，造成电击。IEC 62368-1 通过 Table 5 规定了不同电容量下允许的最大峰值电压。
核心规律：电容越大，允许的电压越低。
| 电容量 (µF) | ES1 允许峰值电压 (V) | ES2 允许峰值电压 (V) |
|---|---|---|
| ≥ 300 | 60 | 120 |
| 28 | 200 | 400 |
| 12 | 350 | 700 |
| 8.0 | 500 | 1000 |
| 4.0 | 1000 | 2000 |
| 1.6 | 2500 | 5000 |
| 0.4 | 10000 | 20000 |
| ≤ 0.133 | 30000 | 60000 |
⚠️ 设计提示： 大容量高压电容（如 400V 100µF）的峰值电压远超 ES1 限值，必须加放电电阻或放电电路，确保在可触及前电压降至安全范围。
五、不同人员的防护要求
IEC 62368-1 根据接触人员的技能水平，对能量源的可触及性提出了不同要求。理解这一点对结构设计至关重要。
下表总结了完整的防护要求矩阵：
5.1 关键设计规则
ES1 电路：
- 普通人、受训人员、熟练人员均可触及
- 无需绝缘屏障
- 但需注意：ES1 电路在单一故障条件下仍须保持 ≤ ES1 限值（这是 ES1 与 ES2 的本质区别）
ES2 电路：
- 对普通人：不可触及，须提供基本防护（基本绝缘）
- 对受训/熟练人员：可触及（他们有能力避免意外接触）
ES3 电路：
- 对普通人：不可触及，须提供双重防护（基本 + 附加绝缘，或加强绝缘）
- 对受训人员：不可触及（须基本防护）
- 对熟练人员：可触及，但裸导体须防止意外接触（如在维修时）
5.2 可触及性判定方法
标准用 Annex V 的试验探棒 来模拟人体接触：
- Figure V.2（铰接探棒）：模拟普通人手指
- Figure V.3（直探棒）：模拟普通人用工具接触
- Figure V.4（专业探棒）：模拟熟练人员用工具接触
判定规则：
- ES2 电路的裸端子，用 Figure V.3 的直探棒不得接触
- ES3 电路的裸导体（电压 ≤ 420 V 峰值），用相应探棒不得接触
- ES3 电路（电压 > 420 V 峰值），除不得接触外，还须保持空气间隙（Table 8）
六、工程设计与合规检查清单
6.1 设计阶段
- 电路分级：对设备内所有电路，按 Clause 5.2 判定 ES 等级（须考虑正常、异常、单一故障三种条件）
- 防护距离：按 ES 等级确定爬电距离和电气间隙（Clause 5.4）
- 绝缘协调：ES2 电路须基本绝缘；ES3 电路须双重绝缘或加强绝缘
- 电容放电：检查大容量电容是否在断开电源后 1~15 秒内降至 ES1 限值（Clause 5.7.9）
- 外部端口：ES2/ES3 的外部端口须加标记或结构防护，防止普通人误触
6.2 测试阶段
- 接触电流测试（Clause 5.7）：用 IEC 60990 的测量网络，验证可触及部位的电流不超过 ES2 限值
- 电气强度测试（Clause 5.4.9）：对绝缘屏障施加高压，验证基本/附加/加强绝缘的耐受能力
- 单一故障测试（Annex B.4）：模拟单一防护失效，验证电路不会升级到更高的 ES 等级
- 电容放电测试：测量断开电源后可触及端子上的电压衰减时间
6.3 常见设计陷阱
| 陷阱 | 后果 | 正确做法 |
|---|---|---|
| 只按正常工作条件判定 ES 等级 | 单一故障时 ES2 升为 ES3，防护不足 | 须同时考虑异常和单一故障条件 |
| 大电容未加放电电路 | 拔插头后端子仍带高压，ES3 可触及 | 加放电电阻，确保 1~15s 内降至 ES1 |
| 将 ES2 端口放在普通人可触及位置 | 不符合 Clause 5.3.2.1 | 加防护门、深槽设计或警示标记 |
| 用单一绝缘防护 ES3 电路 | 绝缘失效即无防护 | 须双重绝缘或加强绝缘 |
| 忽略高频 AC 的电压修正 | 实际 ES 等级高于预期 | 按工作频率查 Table 4 修正公式 |
七、与旧标准（IEC 60950-1）的主要差异
| 项目 | IEC 60950-1（已废止） | IEC 62368-1 |
|---|---|---|
| 安全理念 | 规定型（prescriptive） | 危险源型（hazard-based） |
| 电压限值（SELV） | ≤ 42.4 V 峰值 | ES1: ≤ 60 V DC / 30 V RMS |
| 能量源分类 | 无 ES1/ES2/ES3 概念 | 明确三级分类 |
| 电容放电 | 1 秒内降至 42.4 V | 依 ES 等级而定（1~15s） |
| 防护要求 | 按 EN 标准条款逐一检查 | 按能量源等级匹配防护层级 |
八、总结
一句话概括： IEC 62368-1 把电路按"对人体的危险程度"分成 ES1/ES2/ES3 三级，危险越大，需要的绝缘防护层级越多。
关键记忆点：
- ES1 = 无害：≤ 60V DC / 30V RMS，普通人可直接碰
- ES2 = 疼但不伤：≤ 120V DC / 50V RMS，须基本绝缘隔离普通人
- ES3 = 有伤害风险：超 ES2，须双重/加强绝缘
- 判定须覆盖三种条件：正常 + 异常 + 单一故障
- 稳态 ≥ 2s，不足按脉冲或电容处理