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也谈手机充电安全问题  2013-07-25 09:59
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近期网络和生活中,大家都在谈论手机充电时打电话到底安不安全,也有很多文章从多个角度进行了多种猜测但不免流于表面且不严谨,未能从原理上来分析,故在这里再谈手机充电安全问题。

 既然是安全,就主要谈谈手机充电过程中人的安全问题,主要从这么几个方面来谈:

1. 供电制式

2. 电源充电器的接地,安规,X电容Y电容,隔离

3. 电池保护相关

4. 人体电学模型,人体触电机理

5. 手机的结构体涉及屏蔽、天线和安全

 这里强调一下:这几方面在本质上都是物理相关,技术相关的。

 首先说说供电制式,是考虑设备运行可靠性和人机安全性角度来拟定的。这里不讲那么全制式,毕竟我们居家天天面对的供电制式,主要关注人的安全,多采用TN-C-S或者TN-S系统。其中TN-C-S制式是变压器端中性点接地(球),形成PEN线,连同三相线构成三相四线送至居民楼配电房处,在本地再重复做一个接地体,再分开成三相四线加PE给不同用户的三插头供电;TN-S是变压器端中性点接地(球)引出PE线,与三相线和中线构成三相四线再加PE线的5根电缆到居民楼,然后再重复接地后送到用户房间。二者的区别就是TN-S省一条线的钱。总之到我们用户级的标准就是L\N\PE的单相220V有效值50Hz的正弦波,实际情况当然没有这么理想,有的240V有的198V都在允许范围内10%,有时线路中还会有暂态该电压;当然有的居民楼连地线都没有,墙内PE是空置的或者直接用导线定在配电箱上。前文叙述的PE接地,就是安全地,保护地了,就是为人身安全来设置的,弄虚作假就是对生命的不负责任。

 

上面引出了保护地,这里就只说说充电器,大家都这么叫了,就不改口了,其实常用的就是AC-DC开关电源适配器了,和真正的充电管理关系不大,不要误解。真正的充电管理都是终端内部在控制,包括恒流、恒压、控制、指示、锂电保护等。

 讲AC-DC就不得不强调接地:保护地PE、热地GNDh、冷地GNDc这么几个概念。

PE是要低阻都地球的;GNDh是不能摸的;GNDc是充电器直流输出参考点了,也就是和数据线的电源负连着的那个了。做过开关电源的或者搞过电器维修的对这些应该都不会陌生的。

再说说三者的连接关系和设备的工作状态以及人的安全状态(在上文提到的供电制式下):

1. PE和GNDh短接充电器会爆掉,可能波及手机及人员安全;

2. GNDh和GNDc短接,只要人接触手机电气部分一般会跳舞甚至毙命,很多充电中玩手机背电大多就是这种情况,再强调一点这时手机一般还是会正常工作的哦!这里可以猜测一下空姐被电击致死的可能原因!(注:以公安部专家结论为准)。

3. PE和GNDc短接,这个问题不大,用起来安全隐患基本没有。

4. 这里从滤波和信号质量上考虑就是X电容Y电容的安规问题,其中Y电容肩负漏电限制功能,还有隔离、安全距离(高频变压器的指标)要考虑,这里就不详述了。

 电池保护方案,往往是手机内部的事情了,这个由手机设计厂家负责,搞不好的就容易电池冲爆(也是多发事故);或者电池放亏电而失效有的人手机突然没电后加直充也开不了机,以为电池坏掉了,其实就是亏电的原因,把电池扣掉用座充充电激活一下保护电路就可以了,很多人由于不懂这个也被修手机的骗过吧。。

 人体电学模型问题,这个和供电制式连在一块的内容,往往在需微弱信号处理中比如医疗监测类设备的设计中多用;这里只考虑电击问题,人体负载对工频而言可以等效一个阻抗负载,这个阻抗主要由皮肤角质层,动脉线路和衣着鞋子等组成。作为可能的电流受体,人一般认为能承受的也就30mA短时工频电流了,10mA麻的感觉就有了。提到的角质层和鞋子是占了阻抗的大部份阻值的,所以说,一般皮肤较嫩的MM也要多注意安全了,不能再买劣质充电器还直充打电话了,尤其避免刚洗完澡不穿鞋子这种情形了。环境湿度等外界条件影响电击效果的就不多讲了。

 再说说天线了,现在智能手机都有上网数据功能,所以都用微带天线设计了,不像以前我的老摩托那种拉杆了,像HTC手机专做后盖天线,苹果的边框天线了,一方面考虑性能,另一方面考虑美观,再者展现研发实力!但原理上一般都避不开匹配设计的特性阻抗;匹配一般也很常见就是50欧姆的终端负载了,也就是说这些天线和地线(GNDc)的关系就是50欧姆的连接(不肯定串不串电容电感了)。也就是说如果漏电,摸着天线的人也是不可幸免的,看看空姐被电击后苹果手机的天线被电流烧黑的痕迹了。除了天线,手机其他电气性元件和结构体也一样在这种情况下可能危险的了!

 最后再提一下电子产品的失效性,比如Y安规电容没有用安规的,那么在某种意外下就被击穿了,也就是说以前充电时使用手机没事,而下一次使用可能就有问题了,这种情况多发生在充电器高频变压器初次级串联的安规Y电容上。再比如初次级的安全距离和绝缘强度都会因为意外或者环境条件改变而失效。。。。。所以,我们不要总抱着侥幸心理在手机直充时把玩一下或者打电话。一定要想到环境的改变和意外可能发生。

 以上分析都是在常规条件下的结果,比如常规供电制式下,常规充电器原理下,常规天线设计和常规使用习惯下等常规条件。当然会有非常规的,比如有的家里供电甚至很大范围内根本没有地线,只有L\N,可能在意外情况下还能救自己一命!

 再最后,说说写此文的目的,篇幅有限精力有限,很多技术只能点到为止,没有深入,只是为说明题目问题辅助的。写本文也不是在危言耸听,吓唬人,而是从原理分析上来说明一些生活中可能的技术问题带来的隐患!从而让我们的生活更充分更有底气!

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