标准依据： IEC/UL 62368-1:2020（第三版）
适用章节： Clause 6.2（功率源分类）、Clause 6.3（正常/异常条件防火）、Clause 6.4（单一故障条件防火）、Annex S（防火测试方法）
文章类型： 主题型
撰写日期： 2026-06-09
一、问题背景：为什么需要防火外壳？
你设计了一台 120W 的电源适配器，内部 PCB 上的 MOSFET 在单一故障时可能过热起火。问题是：需要加防火外壳吗？用什么材料？外壳开孔有多大？
IEC 62368-1 之前的旧标准（IEC 60950-1）对防火的要求分散在不同条款中，没有系统性的"功率源分类 → 对应防护要求"的逻辑。IEC 62368-1 引入了**功率源分类（PS1/PS2/PS3）**概念，和电能量源 ES、热能量源 TS 完全对应：
| 功率源等级 | 功率范围 | 防火要求 |
|---|---|---|
| PS1 | ≤ 15 W | 无需防火防护 |
| PS2 | 15 W ~ 100 W | 防火蔓延控制 |
| PS3 | > 100 W | 须加防火外壳 |
核心问题： 我的产品属于哪个 PS 等级？需要什么级别的防火措施？
二、PS1/PS2/PS3 功率源分类
2.1 分类定义（Clause 6.2）
功率源分类的依据是电路可用的最大功率，而非额定电流或电压。
2.2 功率测量方法
PS1 测量： 在最恶劣故障条件下，测量 3 秒后的功率（避开上电瞬态）。
PS2 测量： 在最恶劣故障条件下，测量 5 秒后的功率。
关键点：
- 如果过流保护器件动作，须在 125% 额定电流下重复测量
- 如果功率限制电路动作，须在刚好低于动作点的电流下重复测量
- 外部电路的功率默认限制为 PS1（Table 13 ID 1 和 2）
2.3 点火源分类
除了功率源分类，Clause 6.2 还定义了两种潜在点火源（PIS）：
| PIS 类型 | 定义 | 判定条件 |
|---|---|---|
| ARCING PIS（电弧点火源） | 开路电压 > 50V 峰值，且 Vp × Irms > 15 | 开关、连接器、PCB 走线开路 |
| RESISTIVE PIS（电阻性点火源） | 正常条件下功耗 > 15W（30s 后）；或单一故障下功耗 > 100W（30s 后）或 > 15W（30s 后） | 大功率电阻、MOSFET、变压器 |
💡 工程提示： PS1 电路不会产生足够的能量形成点火源，故 PS1 中不存在 PIS。
三、防火防护要求详解
3.1 正常和异常工作条件（Clause 6.3）
在正常工作和异常工作条件下，须满足以下基本防护：
- 不得点火：设备在任何正常/异常条件下不得产生持续火焰
- 温度限制：任何部件温度不得超过其自发点火温度的 90%（未知时限制为 300°C）
- 外壳外材料：防火外壳外的非金属材料须符合：
- HB75 级材料（厚度 < 3mm）；或
- HB40 级材料（厚度 ≥ 3mm）；或
- HBF 级泡沫材料；或
- 通过 550°C 灼热丝测试（IEC 60695-2-11）
豁免条件： 以下情况无需满足上述材料等级要求：
- 体积 < 1750 mm³ 的部件
- 质量 < 4g 的可燃材料
- 耗材、介质、记录材料
- 需要特殊性能以执行预期功能的部件（如橡胶滚轮、墨水 tube）
- 对火灾贡献可忽略的部件（齿轮、凸轮、轴承、标签等）
3.2 单一故障条件 — PS1 电路（Clause 6.4.2 & 6.4.4）
PS1 电路无需任何防火防护。标准认为 PS1 的可用能量不足以使材料达到燃点。
3.3 单一故障条件 — PS2 电路（Clause 6.4.3 & 6.4.5）
PS2 电路须采取防火蔓延控制措施：
- 印刷板材料：须用 V-1 或 VTM-1 级材料
- 线材绝缘：须符合 Clause 6.5.1 要求
- 其他元件：须满足以下任一条件：
- 安装在 V-1 或 VTM-1 材料上
- 材料本身为 V-2、VTM-2 或 HF-2 级
- 通过 Annex S.1 测试
- 体积 < 1750 mm³ 或质量 < 4g
- 按 Clause 6.4.7 与 PIS 隔离
- 通过 IEC 元件标准的可燃性要求
- 密封在 ≤ 0.06 m³ 的非可燃材料外壳中
- 在单一故障条件下不会点火
3.4 单一故障条件 — PS3 电路（Clause 6.4.6）
PS3 电路须采取最严格的防火措施：
- 满足 PS2 的所有要求
- 电弧/接触电阻变化的器件须额外满足：
- 材料为 V-1 级；或
- 符合 IEC 元件标准的可燃性要求；或
- 符合 Annex S.1 要求；或
- 安装在 V-1/VTM-1 材料上且体积 ≤ 1750 mm³ 或质量 < 4g
- 须提供防火外壳（FIRE ENCLOSURE），符合 Clause 6.4.8 要求
四、材料可燃性等级详解
Clause 6 引用了 UL 94 系列材料可燃性等级。理解这些等级对材料选型至关重要。
4.1 如何选择材料等级？
决策树：
是否在防火外壳内部？
- 是 → 须 V-1 或更好（PS2/PS3）
- 否 → 须 HB75（<3mm）或 HB40（≥3mm）或 HBF
是否距 PIS < 13mm（ARCING）或 < 5mm（RESISTIVE）？
- 是 → 须 V-0 级材料（Clause 6.4.8.4）
- 否 → V-1 即可
稳态功率是否 > 4000W？
- 是 → 防火外壳须 5VA 或 5VB 级材料
- 否 → V-1 级材料即可
4.2 常见材料等级应用场景
| 应用场景 | 推荐材料等级 | 标准依据 |
|---|---|---|
| 防火外壳（PS3, ≤4000W） | V-1 | Clause 6.4.8.2.2 |
| 防火外壳（PS3, >4000W） | 5VA 或 5VB | Clause 6.4.8.2.2 |
| 防火外壳（PS2, ≤4000W） | V-1 | Clause 6.4.8.2.2 |
| 印刷板（PS2 电路） | V-1 或 VTM-1 | Clause 6.4.5.2 |
| 防火外壳外材料（≥3mm） | HB40 | Clause 6.3.1 |
| 防火外壳外材料（<3mm） | HB75 | Clause 6.3.1 |
| 泡沫材料 | HBF | Clause 6.3.1 |
| 距 PIS <13mm/5mm 的防火外壳 | V-0 | Clause 6.4.8.4 |
五、防火外壳结构要求
防火外壳（FIRE ENCLOSURE）是 PS3 电路的强制性防护手段。其结构设计须满足多项要求。
5.1 材料要求（Clause 6.4.8.2）
稳态功率 ≤ 4000W 的设备：
- 防火外壳材料须通过 Annex S.1 测试；或
- 由非可燃材料制成（金属、玻璃、陶瓷等）；或
- 由 V-1 级材料制成
稳态功率 > 4000W 的设备：
- 防火外壳材料须通过 Annex S.5 测试；或
- 由非可燃材料制成；或
- 由 5VA 或 5VB 级材料制成
5.2 开口要求（Clause 6.4.8.3）
防火外壳的开口须控制火焰和燃烧产物通过开口点燃外部材料的风险。
| 开口类型 | 尺寸限制 | 测试要求 |
|---|---|---|
| 顶部开口 | ≤ 5mm（任何尺寸）；或 ≤ 1mm（宽度，不限长度） | 须通过 Annex S.2 测试 |
| 底部开口 | ≤ 3mm（任何尺寸）；或 ≤ 1mm（宽度，不限长度） | 须通过 Annex S.3 测试 |
| 侧部开口 | 无特殊尺寸限制 | 无（但须考虑其他条款） |
豁免条件（底部开口）：
- 在通过 V-1、HF-1 或针焰测试（30s）的元件下方，底部开口可 ≤ 6mm 或 ≤ 2mm 宽
- 固定式设备若安装在非可燃表面（如混凝土），底部无需防火外壳（须加警示标记）
5.3 PIS 距离要求（Clause 6.4.8.4）
防火外壳若由可燃材料制成，须与 PIS 保持最小距离：
- ARCING PIS：≥ 13 mm
- RESISTIVE PIS：≥ 5 mm
更小的距离允许，但须满足以下任一条件：
- 防火外壳通过 IEC 60695-11-5 针焰测试（Annex S.2），且测试后开孔不超过允许尺寸
- 防火外壳由 V-0 级材料制成（防火外壳）；或 V-0/VTM-0 级材料制成（防火屏障）
5.4 防火屏障（Clause 6.4.7.3）
防火屏障是隔离 PIS 与可燃材料的另一种方法（替代距离隔离）。
要求：
- 须通过 Annex S.1 测试；或
- 由非可燃材料制成；或
- 由 V-1 或 VTM-1 级材料制成
印刷板的特殊情况：
- 同一板上的 ARCING PIS：印刷板不视为防火屏障
- 不同板上的 ARCING PIS：印刷板若符合 Annex S.1 或 V-1/VTM-1，可视为防火屏障
- RESISTIVE PIS：印刷板若符合 Annex S.1 或 V-1/VTM-1，且受限区域内无其他低等级材料，可视为防火屏障
六、工程设计与合规检查清单
6.1 设计阶段
- 功率源分类：按 Clause 6.2.2 测量电路最大功率，判定 PS 等级
- PIS 识别：识别电路中的 ARCING PIS 和 RESISTIVE PIS
- 材料选型：按 PS 等级和位置选择合适的材料等级（V-0/V-1/V-2/HB40/HB75/5VA/5VB）
- 防火外壳设计：若为 PS3 电路，设计防火外壳（材料等级、开口尺寸、PIS 距离）
- 防火屏障设计：若无法保持 PIS 距离，设计防火屏障
- 线材选择：内部布线须符合 Clause 6.5.1 的阻燃要求
6.2 测试阶段
- 材料等级验证：检查关键材料的 UL 94 等级认证报告
- 防火外壳测试：按 Annex S.1（≤4000W）或 Annex S.5（>4000W）测试防火外壳材料
- 开口测试：顶部开口按 Annex S.2 测试，底部开口按 Annex S.3 测试
- 单一故障测试：模拟单一故障，验证不会产生持续火焰（Clause 6.4.3.2）
- PIS 距离验证：测量 PIS 与可燃材料/防火外壳的距离
6.3 常见设计陷阱
| 陷阱 | 后果 | 正确做法 |
|---|---|---|
| 未按最恶劣故障条件测量功率 | PS 等级判定偏低，防护不足 | 须模拟单一故障，测量最大功率 |
| 防火外壳材料用了 V-2 而非 V-1 | 认证时被开不符合项 | PS2 印刷板须 V-1；PS3 防火外壳须 V-1 或更好 |
| 防火外壳顶部开孔 > 5mm | 火焰可能从顶部开口窜出 | 顶部开口须 ≤5mm 或通过 Annex S.2 测试 |
| 距 PIS <13mm 用了 V-1 材料 | 防火外壳可能被引燃 | 距 ARCING PIS <13mm 须用 V-0 材料 |
| 忽略稳态功率 >4000W 的情况 | 防火外壳材料等级不足 | >4000W 须用 5VA/5VB 材料 |
| 泡沫材料未用 HBF 级 | 外壳外泡沫材料可能助燃 | 泡沫材料须 HBF 级或通过灼热丝测试 |
七、与旧标准（IEC 60950-1）的主要差异
| 项目 | IEC 60950-1 | IEC 62368-1 |
|---|---|---|
| 防火要求思路 | 分散在各条款，按设备类型规定 | 统一的功率源分类（PS1/PS2/PS3）→ 对应防护要求 |
| 材料等级要求 | 引用 UL 94 但不系统化 | 明确引用 V-0/V-1/V-2/5VA/5VB/HB40/HB75/HBF 等 |
| 防火外壳 | 无明确定义 | 明确定义 FIRE ENCLOSURE 要求和测试方法 |
| 点火源 | 无明确定义 | 明确定义 ARCING PIS 和 RESISTIVE PIS |
| 高功率设备（>4000W） | 无特殊要求 | 须用 5VA/5VB 材料，更严格 |
八、总结
一句话概括： IEC 62368-1 按电路可用功率将防火要求分为三级（PS1/PS2/PS3），功率越大，防火外壳和材料的等级要求越严。
关键记忆点：
- PS1 = 安全：≤ 15W，无需防火防护
- PS2 = 须防火蔓延：15W ~ 100W，印刷板须 V-1，须控制火焰蔓延
- PS3 = 须防火外壳：> 100W，须 V-1（≤4000W）或 5VA/5VB（>4000W）材料
- PIS 距离：ARCING PIS ≥ 13mm，RESISTIVE PIS ≥ 5mm（更近须 V-0）
- 开口限制：顶部 ≤ 5mm，底部 ≤ 3mm，否则须通过相应测试