若要符合新制訂的 IEC/UL IEC-62368 消費性產品安全要求，使用正確的電源供應器至關重要

除了滿足眾多功能和效能上的目標，以及效率和電磁干擾 (EMI) 層面的要求之外，消費性產品設計人員還要符合一連串安全相關要求。這些法規要求都很複雜，但是針對資通訊技術 (ICT) 和音訊／視訊 (A/V) 設備而新制訂的 IEC 62368-1 安全標準，可帶來相當大的幫助，但前提是設計人員必須瞭解此標準的用途和要求。

在本文撰寫之時，已有兩個廣泛採用的標準涵蓋這些領域：IEC 60950‑1 資訊技術設備 – 安全性；以及 IEC 60065 音訊、視訊和類似電子設備 ‑ 安全性要求。自 2020 年 12 月 20 日起，這兩項標準將被撤銷，並以單一標準 IEC 62368-1 取代。

新標準不僅僅消除兩種產品類別在舊標準中的差異和重疊之處，還將安全性的評估角度從「基於事件」轉變成「基於危險」，同時要求進行相應的調整，以適應現有技術，但又不會限制新興技術的發展。

本文將討論 IEC 62368-1 的作用和重點內容，以及此標準對設計的影響；接著會探討相關功能和子系統，特別是電源供應器，因為在符合新標準方面扮演重要的角色；最後會介紹 CUI Inc. 的電源供應器解決方案；此方案滿足標準要求，能讓工程師更輕鬆取得產品核准，並更快將產品推向市場。

IEC 62368-1：制訂的原因及適用的產品

在幾十年之前，影音產品和資訊科技 (IT) 產品 (即電腦產品) 還是涇渭分明，具有明顯的差異。因此，這些傳統產品類別各自都有其專屬的安全標準。然而，隨著科技與產品的進步和變化，這兩種產品類別的界線漸趨模糊，兩者間重疊的部份也越來越多。因此需要有一個綜合的新安全標準來取代個別標準。

IEC 62368-1 的原始版本是由國際電工委員會 (IEC) 制定，該機構是全球歷史最悠久的標準制訂機構之一。為了建立新標準，IEC 邀請專家、學者和政府官員組成技術委員會，即 TC 108。其任務是制訂新的標準來取代 IEC 60065 和 IEC 60950-1，而不僅僅是修訂和更新每項標準 (圖 1)。這套由 TC 108 制訂的標準隨即被 IEC 正式採用，而許多國家和地區也對此標準進行「調和」，包括美國。

圖 1：IEC 62368-1 是採用全新方法的全新安全標準，範圍涵蓋多種消費性與辦公產品，但也兼顧一定的發展歷史和背景。(圖片來源：Power Systems Design)

IEC 62368-1 涵蓋的產品類別眾多，包括但不限於：

• 運算與連網產品 (伺服器、PC、路由器、筆記型／膝上型電腦、平板裝置以及相關的電源供應器)
• 消費性電子產品 (放大器、家庭劇院系統、數位相機以及個人音樂播放器)
• 螢幕與顯示裝置 (監視器、電視以及數位投影機)
• 電信產品 (網路基礎設施設備、無線電話和手機以及類似的通訊裝置，包括電池供電式裝置)
• 辦公設備 (影印機和碎紙機)
• 家庭、學校以及類似機構與環境中使用的多種其他類型的影音、資通訊技術設備

IEC 62368-1 並非單純的修訂，只更新及合併前兩版的標準而已，而是採用「基於危險」的方法，正式的名稱是「防止潛在危險的安全工程」(HBSE)，來涵蓋與電子設備和 IT／通訊技術相關的安全問題。這種新方法並未探究和定義詳細的安全要求說明，而是強調可能發生的風險，同時給予製造商彈性去決定設計方式，以防範這些風險。因此，此標準更加注重在設計階段中評估產品的安全性。IEC 62368-1 運用 HBSE 原則，具有以下特性：

• 更為效能導向，但 (目前) 也允許使用先前已證實安全的許可結構 (例如符合 IEC 60065 和／或 IEC 60950-1)
• 不受技術影響 (在定義的範圍內)，因此能達到更高的設計自由度
• 適用於更多種既有的電子產品，但也支援將新技術引進全球市場

自 2020 年 12 月 20 日起，IEC/UL/CSA 60950‐1 和 IEC/UL/CSA 60065 將正式撤銷。在該日期之後，製造商若想在市場中銷售產品，必須符合 IEC/UL 62368 標準，才能確保合規性。

請注意，有一項重要的暫行規定仍允許企業在已通過 62368-1 認證的產品中繼續使用 60950-1 或 60065 零件存貨，其實就是針對特定情況和地區實施「祖父條款」。具體的內容如子條款 4.1.1 中所述：「符合 IEC 60950-1 或 IEC 60065 的元件和子組件可作為本標準所涵蓋之設備的一部分，無需進一步評估，而只需考量此類元件或子組件在最終產品中的適用性。」舉例來說，針對已列名的電源供應器，這種「考量」就很簡單，只要確保僅在已確立的電氣額定值內使用產品即可。

HBSE：蘊含的意義

HBSE 要求產品製造商展示其已將已知危險納入考量，且產品經過適當設計，可在預期情況下安全使用。換言之，HBSE 不僅僅是規定：「您需要針對特定情況保護使用者，例如可能會暴露到的已知高電壓點」，而是規定：「您需要評估多種危險，並根據每種危險類型和等級進行適當的因應。」

這麼一來，注重的就不只是要求製造商證實已經達到規定的規格。請注意，此標準並未要求進行風險分析，但其他標準仍有此要求，例如 IEC 60601-1 - 醫療電氣設備 - 第 1-2 篇：基本安全性與必備效能的一般要求 - 附屬標準：電磁干擾 - 要求和測試。

HBSE 的目標設定在保護設備使用者，會要求製造商識別出任何潛在的危險能量來源，以及該能量可能傳遞給使用者的途徑。然後，製造商必須提出並實施適當的方法，以在正常作業及故障狀況下預防這些傳遞。需採取相關的防護措施，防止因電氣能量 (電擊) 或高溫灼傷而直接造成疼痛或傷害，及／或預防因電力導致的火災而造成疼痛、受傷、死亡或財產損失。最後，HBSE 也會評估防護措施的有效性。

HBSE 模型總共由三個區塊組成：能量來源、傳遞機制和身體部位 (圖 2)。能量來源所引起且列為「危險」的風險，其「解決方案」也以類似的三區塊模型表示，只不過是用防護措施取代能量傳遞機制而已。

圖 2：IEC 62368-1 的策略是識別危險的能量來源及其可能傳遞給使用者的路徑，然後針對該能量路徑和流量提供防護措施。(圖片來源：InComplianceMag.com)

另外，IEC 62368-1 還要求製造商針對不同類型的使用者和能量來源，考量其所需的防護等級，且每種類型包含三種類別。就使用者來說，這三種類別分別是「訓練有素人員」、「受指示人員」和「一般人員」。能量來源則是根據一個表格來分類，其簡化版本如圖 3 所示。

圖 3：IEC 62368-1 認定能量來源分為三種危險等級，然後定義必須為每種等級提供的防護程度 (若有)。(圖片來源：CUI)

使用者等級和能量來源這兩個梯度隨即合併到一個矩陣內 (圖 4)。

圖 4：為了確定每種能量來源所需的防護等級和類型，IEC 62368-1 標準將能量來源風險與使用者技能等級和專業程度相結合。(圖片來源：SGS SA)

當使用者從一般人員向下移動到訓練有素人員時，所面臨的風險會減少；而隨著能量等級增加，能量來源會從左向右移動，變得越來越危險。因此，根據此標準，使用第 3 級產品 (能量來源 3，又稱 ES3) 的一般人員將需要額外或加強的防護措施，例如雙重絕緣或特殊屏蔽，而訓練有素人員使用 ES3 產品時，則不需要使用相同等級的防護措施。

IEC 62368-1 採用四步驟流程：

• 首先，判定能量來源
• 其次，將能量分為 1、2 或 3 級
• 第三，判定適當的防護措施
• 最後，測量所選防護措施的有效性

防護措施分成兩個組別，即方法和等級。其中「方法」描述防護措施的運作方法，而「等級」則描述防護措施的強度 (圖 5)。

圖 5：IEC 62368-1 會先判定所需的恰當防護等級，然後再分析實作的方法。(圖片來源：SGS SA)

首先關注能量部分

能量等級以及電壓和電流，都是合規的關鍵。如果能量等級低 (ES1)，則幾乎沒什麼好擔心的。請注意，ES1、ES2 和 ES3 所對應的具體電流和電壓限制會有所不同，且可能由頻率決定。舉例來說，低於 1 kHz 時，ES1 的限制為 30 Vrms、42.4 V 峰值和 60 VDC；而 ES2 的限制為 50 Vrms、70.7 V 峰值和 120 VDC。

更為複雜的是，設備必須符合適用能源等級所指定的電壓限制或電流限制，但不必同時符合兩者。此外，標準所定義的限制，也會隨著正常或異常運作，或單一故障狀況而有所不同；此標準甚至還專門用幾個小節，詳細描述有關脈衝波形及其關閉時間的限制 (圖 6 和圖 7)。

圖 6：由於電氣火災的起因涵蓋功率和時間，因此，IEC 62368-1 標準關注這兩個關鍵參數之間的關係。(圖片來源：CUI)

圖 7：此標準也指明可能會導致電氣火災的能量等級。(圖片來源：CUI)

設計工程師該怎麼做？

認為自己瞭解新標準並能輕鬆符合此標準的設計人員，無非屬於這兩類人：

1. 參加過與標準相關的課程、接受過培訓、已使用過現有 IEC 標準，且親自參與核准流程的人員。
2. 天真和／或思慮不周的人員。之所以會如此，是因為標準所規定的要求不僅複雜且有時令人困惑。此外，判定防護措施選項時，往往牽扯到非常多的選擇。而知道該使用哪一個選項，以及在何處及如何使用並不是那麼顯而易見或容易的。

可考慮的防護措施，包括但不限於防護性接地 (真正的「接地」)、電氣外殼、耐燃外殼及絕緣。此外，還有需安裝的防護措施，例如連接到外部接地；以及指示性防護措施，包括安全標示。最後，針對一般人員接受訓練有素人員指導的情況，則需要設計預防性防護措施；而對於第 2 級和第 3 級能量來源所帶來的危險，甚至還有所謂的「技能型」防護措施，可仰賴訓練有素的從業人員能力來提供自我防護。

首先要關注電源供應器

設計人員首先要問的問題是：哪一種主要能量來源會讓此設計陷入危險？對於此標準涵蓋的許多產品來說，答案非常明顯，那就是 AC 電源供應器。因此，如果選擇符合標準的電源供應器，並且正確部署，即可避開大部分的合規性問題，並可大幅減少設計難題。

幸好，CUI 等電源供應器廠商都已針對 2020 年 12 月的期限做好準備。他們早已研究並分析新的標準，並已提供一系列超越相關要求的 AC 電源供應器。這些電源供應器涵蓋功率很低的裝置 (低於 10 W)，也有中功率裝置，甚至還有功率達三位數的大型電源供應器。以下三個範例將說明這些電源供應器的範圍和能力。

CUI 的 SWI6-9-N-P5 是一款 9 V、6 W 的 AC/DC 壁掛式配接器，是輸出範圍介於 3.3 V 至 15 V 的配接器系列成員之一 (圖 8)。工作範圍為 90 至 264 VAC，符合美國能源部 (DoE) 的 VI 級效率，空載功耗低於 0.1 W。此產品含有過電流保護、過電壓保護以及短路保護，並採用小型機殼，重量為 78 g (2.75 oz)，尺寸為 56 × 28 × 42 mm (2.2 × 1.1 × 1.65 in)。

圖 8：CUI Inc. 的 SWI6-9-N-P5 是一款完全符合 IEC 62368-1 標準的 9 V、6 W AC/DC 壁掛式配接器，適合外接式用途。(圖片來源：CUI)

如需更高的電壓和功率額定值，可使用 CUI 的 SMI18-24-V-P5。這是一款 24 V、18 W 壁掛式配接器，並隨附多插片插頭配接器，是 5 V 至 24 V 裝置系列成員之一 (圖 9)。此裝置符合 DoE VI 級、CoC Tier 2 的效率等級，空載功耗低於 0.075 W，而防護能力類似於 6 W 裝置。這個通用輸入電源供應器具有一項獨特的功能，即隨附可全球使用的可互換式 AC 插片，包括北美、歐洲、英國、澳洲及中國。重量為 170 g (6 oz)，尺寸為 75 × 35.8 × 65.6 mm (3 × 1.4 × 2.6 in)。

圖 9：SMI18-24-V-P5 是符合 IEC 62368-1 標準的 24 V、18 W 壁掛式配接器，且隨附一組多插片插頭配接器，可讓同一個裝置在全球使用。(圖片來源：CUI)

當然，許多應用需要更高的功率額定值，例如 CUI 的 SDI120-12-U-P51 AC/DC 桌上型配接器即可滿足需求。此產品的額定值為 12 V、120 W，是具備此功率額定值的 12 V 至 48 V 系列成員之一 (圖 10)。這款符合 IEC 62368-1 標準的電源供應器符合 DoE VI 級效率 (230 VAC 下的空載功耗為 0.21 W)，且功率因數大於 0.9。其重量為 580 g (20.4 oz)；尺寸為 168.1 × 65.9 × 39 mm (6.6 × 2.6 × 1.5 in)，且未隨附 AC 電源線，但可選購具有與當地 AC 插座相匹配之插片和配置的電源線。

圖 10：若需要更高的功率，但不適合或不想用壁掛式配接器，則可使用外接式 SDI120-12-U-P51 AC/DC 桌上型配接器；需另外選購適當的 AC 電源線。(圖片來源：CUI)

結論

針對消費性及相關產品制訂的 IEC/UL IEC-62368-1 標準，已確定於 2020 年 12 月生效。這是一套複雜的標準，並採用「基於危險」的方法來評估潛在的安全性問題以及防護措施，這與先前的標準相當不同。從挑選超越此標準要求的 AC/DC 電源供應器著手，將可大幅簡化設計工程團隊的任務，並將最終產品的核准風險降到最低。

CUI 參考文獻

1. “IEC 62368-1: An Introduction to the New Safety Standard for ICT and AV Equipment”
2. “The Latest on IEC 62368-1: More Time to Comply, But a Harder Deadline”