解析鋰電池充電爆炸主要的根源

電源，是一切電子產(chǎn)品的生命之源。

電源存在漏洞缺陷，尤其是普遍都存在的缺陷，尤其,是被廣泛使用在電視，冰箱、空調(diào)等各種家用電器以及各種計(jì)算機(jī)，電力電信等電氣設(shè)備上的開關(guān)電源普遍存在這同一個缺陷，意味著什么?

比薩斜塔佐證過自由落體中的重力加速度，而現(xiàn)在，阿爾達(dá)時(shí)間常數(shù)公式，將佐證——看上去風(fēng)光無限，氣象萬千，頂著人類智慧光環(huán)的整個電子行業(yè)，真不過是一座不折不扣的比薩斜塔!

不可思議的是，這一廣泛影響了整個世界的電源缺陷，它居然是以一條電子安規(guī)檢測標(biāo)準(zhǔn)的堂而皇之的形式成為貫穿整個工業(yè)3.0時(shí)代的BUG。

首先給大家描述一個簡單的電子實(shí)驗(yàn)，在2個1uF/275VAC的X電容2端分別并聯(lián)1兆歐姆(0.25瓦)和10K歐姆(5瓦)的電阻，注意同時(shí)在X電容兩端并聯(lián)數(shù)字萬用表，使用750V交流電壓檔，然后分別依次接上電源插頭在220V市電插座上插拔一下，然后迅速拿開脫離電源——您將會準(zhǔn)確的觀測到大阻值并聯(lián)的電容兩端會出現(xiàn)超過600V的高壓殘留(數(shù)字萬用表得到的有效值，如果用示波器，得到的峰值會更高)，而并聯(lián)小阻值的電容兩端將不會出現(xiàn)超過400V的殘留高壓。

這一實(shí)驗(yàn)證明：想當(dāng)然的通過簡單的加減乘除法計(jì)算得到在無浪涌無干擾的情況下，X電容上不可能出現(xiàn)二倍以上交流電源電壓的結(jié)論是經(jīng)不起實(shí)證的。

對這個簡單的阻容并聯(lián)電路，在全世界的各個電子產(chǎn)品安規(guī)測試標(biāo)準(zhǔn)中，都有基本相同的簡要敘述。

在中國國家標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn) GB4943-2001 中的敘述文本內(nèi)容是：

2.1.1.7 一次電路的電容器放電

設(shè)備在設(shè)計(jì)上應(yīng)保證在交流電網(wǎng)電源外部斷接處,盡量減小因接在一次電路中的電容器貯存有電荷而產(chǎn)生的電擊危險(xiǎn)，通過檢查設(shè)備和有關(guān)的電路圖來檢驗(yàn)其是否合格.檢查時(shí)考

慮到斷開電源時(shí)通/斷開關(guān)可能處于任一位置， 如果設(shè)備中有任何電容器,其標(biāo)明的或標(biāo)稱的容量超過0.1uF，而且接在一次電路上，但該電容器的放電時(shí)間常數(shù)不超過下列規(guī)定值，則應(yīng)認(rèn)為設(shè)備是合格的: ——對A型可插式設(shè)備：1秒;和 ——對永久性連接式設(shè)備和B型可插式設(shè)備：10秒。 有關(guān)時(shí)間常數(shù)是指等效電容量(uF)和等效放電電阻值(M )的乘積，如果測定等效電容量和電阻值有困難,則可以在外部斷接點(diǎn)測量電壓衰減，

注：在經(jīng)過一段等于一個時(shí)間常數(shù)的時(shí)間,電壓將衰減到初始值的37%。

在UL 60950 等國際標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)中，這一條標(biāo)準(zhǔn)的敘述文本內(nèi)容是：

Equipment is considered to comply if any capacitor having a marked or nominalcapacitance exceeding 0,1 Fand in circuits connected to the AC.

MAINS SUPPLY or the DC MAINS SUPPLY has a means of discharge resulting in a time constant not exceeding:

The relevant time constant is the product of the effective capacitance in microfarads and the effective discharge resistance in megohms. If it is difficult to determine the effective capacitance and resistance values, a measurement of voltage decay at the point of external disconnection can be used.

NOTE During an interval equal to one time constant, the voltage will have

decayed to 37% of its original value.

正是這一條看上去對人身安全都已經(jīng)考慮得細(xì)致入微，呵護(hù)備至，絕對以人為本的安全標(biāo)準(zhǔn)，埋下了一條使整個電子行業(yè)都處于燈下黑而不自知的禍根?？梢院敛豢鋸埖恼f，究竟因此引發(fā)了多少事故,導(dǎo)致多少損失,又直接或間接的造成多少災(zāi)難,真的實(shí)在是難以計(jì)數(shù):簡直就是電子(電源)行業(yè)的百年之殤，也是令整個世界無奈的電子垃圾之殤的主要根源。

也是一項(xiàng)無數(shù)的電子技術(shù)專家與電子工程師都可以親自實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的錯誤安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。

為了理解上的直觀和便利，這里引入一個應(yīng)用最為廣泛的開關(guān)電源常見輸入部分的電路圖為基礎(chǔ)，做一次簡要的敘述：

在電子產(chǎn)品一次側(cè)電源端接入的電容與電阻并聯(lián)之后，這個阻容電路相連接的電路里，

在交流電的每個上半周期與每個下半周期，電容上的電壓的極性都會隨交流電的變化而變化，

從正到負(fù)再從負(fù)到正，周而復(fù)始的交替出現(xiàn)。

因此，如果并聯(lián)的放電電阻與電容的時(shí)間常數(shù)乘積不能小于等于交流電的半周期時(shí)間，相反地，如果遠(yuǎn)大于半周期時(shí)間的話(R*C>>1/2F，按照規(guī)定的最短時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，1秒是交流半周期時(shí)間的100倍!)，則電容上必然大部分保留有上半個正周期里充電得到的正電壓，在下半個負(fù)周期里，對電容充電的是負(fù)極性電壓，兩種極性完全相反的電壓必然先中和，使電容上的電荷歸零，然后再充進(jìn)負(fù)極性電壓，這就必然導(dǎo)致電容從電源吸取額外的電流來滿足中和的需要，從而引起電源部分的電流異常波動，最后結(jié)果是激蕩出尖峰高電壓，對整個電路產(chǎn)生致命威脅，尤其在電源插頭插拔，電源開關(guān)打開和關(guān)閉瞬間所產(chǎn)生的電火花必然存在頻譜豐富的干擾諧波的情形下，以及雷擊給電網(wǎng)所帶來的強(qiáng)浪涌沖擊的情形下將更為兇險(xiǎn)。

毫無疑問(有事實(shí)佐證)，在相當(dāng)大的程度上，正是這個簡單的阻容并聯(lián)電路上激蕩所產(chǎn)生的尖峰干擾沖擊電壓，成為了無數(shù)電子設(shè)備內(nèi)部整個電路系統(tǒng)中引起元器件莫名失效，進(jìn)而出現(xiàn)功能故障乃至事故的主要而隱蔽的根源。

道理極其簡單，因?yàn)檫@條標(biāo)準(zhǔn)從根本上違背了應(yīng)用在交流電場合所必須遵循的電子學(xué)原理，就是阿爾達(dá)時(shí)間常數(shù)公式：RC 1/2F，即并聯(lián)的電容與電阻的時(shí)間常數(shù)乘積，必須小于或等于交流電正弦波半周期時(shí)間!保證每個半周期里電容都能充分放電。

而更為荒謬的事情是，虛線框內(nèi)所表示的是最基本的EMI(電磁干擾)濾波器，其中

的放電電阻通常也是遵循上述1秒放電到30%額定電壓的規(guī)定，但大部分EMI濾波器內(nèi)部的X電容邊上，甚至沒有并聯(lián)放電電阻。

之所以在電源電路中接入X電容以及EMI濾波器，原始目的是用來抑制電磁干擾的，

恰恰因?yàn)楹鲆暫瓦`背了應(yīng)用于交流電場合時(shí)應(yīng)該遵循的電子學(xué)基本原理，并聯(lián)接入的放

電電阻阻值太大，實(shí)際的客觀效果上卻成為了電磁干擾發(fā)生器，并且會在電網(wǎng)一側(cè)因雷擊等發(fā)生浪涌沖擊的時(shí)候，不遺余力的推波助瀾，最終釀成惡果。

相信不少人都有這樣的經(jīng)驗(yàn)經(jīng)歷：家里每日必開必關(guān)的節(jié)能燈，常常在又一次打開或關(guān)閉的時(shí)刻損壞，就是因?yàn)樵陂_關(guān)瞬間存在不可避免的電火花干擾，而目前的缺陷產(chǎn)品都無法有效抵御這些干擾沖擊。

減小并聯(lián)電阻阻值的同時(shí)，需要增大電阻的功率，原理更簡單了，電阻阻值的減小自然增加了流經(jīng)電阻的電流，增大了功率消耗，但增加了這點(diǎn)必要的功耗換來在可靠性，穩(wěn)定性及使用壽命等全面而明顯的改善結(jié)果，是與原理相符的。

打一個有趣而恰當(dāng)?shù)谋扔鳎哼@個阻容電路好比一條看門狗，喂飽了它，它就能忠實(shí)

的看家護(hù)院，讓它餓著，它就立即變成一條反噬的兇殘餓狼。——而極為不幸的現(xiàn)實(shí)是：

世界上的無數(shù)家庭及許多的公共空間，已經(jīng)布滿了無數(shù)只這樣的餓狼。

而通常緊隨其后的后級電路部分所采取的有關(guān)抑制措施只起到了很有限的作用。

如上圖所示，為了兼顧整個電源部分的能量轉(zhuǎn)換效率,需要控制住吸收電路的自身功耗,這使得這一類的吸收電路基本只能有限的吸收變壓器的漏感能量,對于來自電網(wǎng)一側(cè)的尖峰

高電壓以及由阻容并聯(lián)電路激蕩而產(chǎn)生的尖峰高壓的吸收能力就極其有限了，因此從電源輸入端引入的尖峰電壓干擾，在經(jīng)過那個“阻容式干擾發(fā)生器”不遺余力地推波助瀾之后，不能被吸收掉的那部分尖峰將直接由這個功率變換電路向后級傳送,持續(xù)對后級電路施加干擾沖擊!富有效率地加速設(shè)備老化失效的進(jìn)程。(一些時(shí)候，出現(xiàn)的超高尖峰電壓將瞬間擊穿變壓器的絕緣，導(dǎo)致充電的手機(jī)端直接帶上交流高壓，這很可能才是南航空姐真正的死亡原因)

在這樣的情形下，尖峰高電壓持續(xù)的沖擊極可能導(dǎo)致的,基本是以下幾種結(jié)果了:

1)開關(guān)管被加速老化,最后因不能承受高壓而損壞;

2) 開關(guān)管可能暫時(shí)完好，但后級低壓工作電路中最脆弱的關(guān)鍵器件間歇性失?；驌p壞;

3)開關(guān)管與后級電路同時(shí)損壞。

以上每一種情況都可能會導(dǎo)致如充電保護(hù)電路、電池，功能控制電路等,被尖峰沖擊失常導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位或者關(guān)鍵器件損壞，普遍不被關(guān)注的是，這些尖峰電壓的沖擊，只是引起電腦文件系統(tǒng)或者智能手機(jī)文件系統(tǒng)的部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失，最后不得不重裝操作系統(tǒng)，這些故障往往被歸咎于電源以外的因素。

而在諸如電動車充電器中，如果引起充電時(shí)電池瞬間高壓擊穿短路起火，發(fā)生惡性爆炸事故就基本不可避免了。在第二種情形中，通常會讓人們造成一種錯覺:即認(rèn)為電源品質(zhì)沒有問題,完全是后級電路損壞的器件自身品質(zhì)不良(或者電池本身質(zhì)量不良)引起的。

在絕大多數(shù)的智能手機(jī)所使用的簡易開關(guān)電源充電器中，由于普遍性的將充電器當(dāng)成一個只要能進(jìn)行電能補(bǔ)給就可以了的裝置，因此連這個打了折扣的抗干擾部分都省略掉了。最后，在絕大多數(shù)充電器中剩下的所謂的抗干擾措施是：將高壓儲能電解電容一分為二，在中間串入一個小電感，聊勝于無地做了一道象征性的攔截門檻，當(dāng)然擋不住來自電網(wǎng)一側(cè)的干擾長驅(qū)直入!后級那些被宣揚(yáng)得神乎其技的電池保護(hù)板神馬的，僅僅對一定范圍內(nèi)的直流過電壓有效，(這些”保護(hù)大神“自身的耐壓極限很少有超過25V的 )對于能置其于死地的尖峰高電壓沖擊，基本只能坐以待斃。尤其在充電中使用手機(jī)時(shí)，充電器的穩(wěn)定性變得極為低下!有時(shí)甚至僅僅一條短消息提示音引起的波動，都足以誘發(fā)電池爆炸!(特此忠告——小而美的標(biāo)致尤物類的充電器絲毫代表不了技術(shù)含金量，尤其在安全方面)

如上圖揭示的，這就是所有大牌的智能手機(jī)都無一例外的發(fā)生過充電爆炸的根本原因!

而經(jīng)過整改的充電器，輸出的充電電壓會非常干凈穩(wěn)定，確保在充電中使用手機(jī)的充分安全——

按照從阿爾達(dá)時(shí)間常數(shù)延伸出去的整改路線圖，最后僅花費(fèi)極小的成本代價(jià)，即能得到極其穩(wěn)定的輸出電壓，電壓波動只有微不足道的0.01V，什么概念呢，就是輸出電壓的穩(wěn)定程度達(dá)到了軍工標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)在效率，在抗雷擊浪涌方面的能力都有全面的提高?？梢源_保在充電中使用手機(jī)不會有任何危險(xiǎn)。——無須接入笨重昂貴的共模電感。以此類推，在相應(yīng)的其他性能參數(shù)要求嚴(yán)格的電源中，完全可以因此適當(dāng)減少EMI濾波器的級數(shù)，降低成本，減小體積，整個電子行業(yè)得到的卻是夢寐以求的更穩(wěn)定，更安全，更長壽的電源設(shè)備。

順便提一下那些號稱可以防雷擊的安全插座，里面接入的X電容與放電電阻一樣存在這個完全相同的隱患。

結(jié)論：

只要電器設(shè)備的交流電源輸入端需要接入X電容用于吸收來自電網(wǎng)電源端的干擾，就必然回避不了這個全面回歸和遵循電子學(xué)基本原理的阿爾達(dá)時(shí)間常數(shù)公式，在向工業(yè)4.0時(shí)代邁進(jìn)的時(shí)刻，了結(jié)這個貫穿了整個工業(yè)3.0時(shí)代的基因式BUG，對整個世界而言，意義重大。而目前世界上幾乎所有使用交流電源工作的電子設(shè)備中，都可以簡單而方便的對這個電阻進(jìn)行改換，便立即可以使這些設(shè)備處于非常穩(wěn)定安全的電源環(huán)境中，將會立桿見影地

使所有相關(guān)電源及其電子設(shè)備在可靠性，穩(wěn)定性及使用壽命等方面得到全面而徹底的改觀。需要特別督促的是:國際電工委員會(IEC)以及電氣和電子工程師協(xié)會( IEEE)等相關(guān)機(jī)構(gòu),應(yīng)該盡快完成對這條安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)正式修訂,你們真的欠世界一個認(rèn)真的道歉與懺悔。

至此,我們甚至完全可以有足夠的理由樂觀預(yù)見: ——世界上將因此而顯著減少各種電器(電氣)設(shè)備故障與事故,以及減少由于這些設(shè)備明顯延長使用壽命而推遲產(chǎn)生的電子垃圾,以及與之緊密關(guān)聯(lián)的生態(tài)環(huán)境災(zāi)難..... 在不得不淘汰的電器設(shè)備中，其中的零部件，元器件的再利用率將會顯著增加，因?yàn)樗^無故失效的原因已經(jīng)基本根除了。

而整個電子業(yè)界所需要付出的努力,居然只是舉手之勞——立刻把這個公式應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中去,整改便捷,成本低廉!

請問: ——何樂而不為?

最后,我們不認(rèn)為可以因?yàn)閷疱X財(cái)富無度的貪婪而有意無意的加快電子產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的行為能夠被繼續(xù)容忍和寬恕,在人類確信自己能夠掙脫地球的束縛,并確定可以在宇

宙中找到新的家園之前,沒有理由不善待地球。如果親眼目睹山脈般的電子垃圾橫亙在面前，就會有不寒而栗的感覺。

上帝的本意或許有二:

其一:在人類真正學(xué)會善待地球之前,休想找到新的星球家園。

其二:就給你一個地球玩兒,禁止跨界,自己看著辦。

附：關(guān)于這個時(shí)間常數(shù)公式的命名——

這個時(shí)間常數(shù)公式被發(fā)現(xiàn)者首先成功而經(jīng)典的運(yùn)用在深圳市阿爾達(dá)科技有限公司設(shè)計(jì)

生產(chǎn)的阿爾達(dá)快速恒溫烙鐵產(chǎn)品中，不僅使產(chǎn)品獲得了極其出色的穩(wěn)定性與可靠性，更為值得稱道的是，該烙鐵產(chǎn)品因同時(shí)兼?zhèn)淙蟪錾阅芏蔀樾袠I(yè)中性價(jià)比首屈一指的佼佼者：

1)升溫迅速，通電約15秒即可熔錫焊接，能很好滿足通用場合的各種焊接要求;

2)節(jié)能效果奇高，在420 下的待機(jī)功耗僅為16瓦左右，比最普通的25瓦小功率烙鐵還低了9瓦!是當(dāng)前全行業(yè)中最節(jié)能的恒溫烙鐵;

3)還有一項(xiàng)獨(dú)一無二的功能是，在發(fā)生靜電、漏電時(shí)會自動聲音報(bào)警，提醒作業(yè)人員必須立即處理，有效防止可能產(chǎn)生的敏感器件的焊接損害，是提高良品率，降低返修率的有力保障，尤其適合電子生產(chǎn)制造企業(yè)大批量使用。