1、国内外技术新进展772023 年第 3 期 安全与电磁兼容0 引言国 际 安 规 由 IEC/UL 60950 变 更 为 IEC/UL 62368，国内相应由 GB 4943.1-2011信息技术设备 安全 第 1部分：通用要求变更为 GB 4943.1-2022音视频、信息技术和通信技术设备 第 1 部分：安全要求，按新版标准，机箱侧面开孔可能会按照机箱底部开孔进行要求，即之前按照 5 mm 开孔的部分，会被要求按照 3 mm 开孔。开孔的变更会引起产品设计的变更。首先，在相同孔密度下，孔越大散热效果越好，而孔直径从 5 mm 变成 3 mm，会导致产品散热性能降低，从而影响产品设计可靠性
2、。其次，按照旧版标准，行业内产品均是按照5 mm 的孔径设计模具，变更后会导致原有众多模具的弃用，造成极大的浪费，重新制作 3 mm 开孔模具，造成研发成本大大提高，产品加工周期延长。摘 要：安规是产品认证中对产品安全的要求，产品从设计到销售、到终端用户，贯穿产品使用的整个寿命周期，相对于销售地的法律、法规及标准产品安全符合性。安规的更新直接导致产品设计的巨大变化，其中 GB4943.1-2022防火防护外壳开孔的调整影响着产品结构和产品可靠性性能，是产品设计的难点和重点。产品设计时，在后窗上设置遮挡件，使被遮挡部分不属于潜在引燃源(PIS)滴燃区域的投影范围，这样就能使后窗上部分散热孔可以保
3、持原有的开孔尺寸。在满足新标准的情况下，减少了开孔尺寸的改动，原有的模具可继续沿用，降低制作成本的同时提高了产品的性能。关键词：服务器；安规；防火外壳；机箱开孔；结构改善流程引用格式:田立良，党杰.GB4943.1-2022 对服务器机箱外壳影响分析以及改善对策 J.安全与电磁兼容,2023(3):77-81.TianLiliang,DangJie.AnalysisoftheImpactofGB4943.1-2022ontheServerEnclosureandImprovementMeasuresJ.SAFETY&EMC,2023(3):77-81.(inChinese)Abstr act：
4、Safetyregulationsrefertotherequirementsforproductsafetyinproductcertification,andtheproductsafetycompliancewiththelaws,regulationsandstandardsoftheplaceofsalethroughouttheentirelifecycleoftheproductfromdesign,salestoterminaluse.TheupdateofGB4943.1-2022willleadtogreatchangesinproductdesign.Amongthem,
5、theadjustmentoftheopeningofthefireprotectionshellaffectstheproductstructureandproductreliabilityperformance,andisalsothedifficultyandfocusofproductdesign.Duringtheproductdesign,theblockingpartissetontherearwindow,sothattheblockedpartdoesnotbelongtotheprojectionrangeofthePIS(potentialignitionsoure)dr
6、ip-burningarea.Becauseoftheblockingpart,thescatteredhotholesontheupperpartoftherearwindowcanmaintaintheoriginallargediameterholes.Undertheconditionofmeetingthenewstandard,thechangeoftheholesizeisreduced,sothattheoriginalmoldcancontinuetobeused,reducetheproductioncost,andimprovetheproductperformance.
7、KeywordsK eywor ds：server;safety;flameproofenclosure;chassisopening;structureimprovementprocessGB 4943.1-2022 对服务器机箱外壳影响分析以及改善对策AnalysisoftheImpactofGB4943.1-2022ontheServerEnclosureandImprovementMeasures浪潮电子信息产业股份有限公司 田立良 党杰综上所述，如何在符合安规开孔的情况下保证产品的散热性能，是目前本领域技术人员亟待解决的问题1。1 安规现状1.1 中国安规概况我国现行信息技术设备的
8、GB 4943.1-2011 等同采用 IEC 60950-1:2005 第二版，随着信息技术设备的技术不断发展，该标准已经跟不上新型产品安全检测的要求。为适应产品技术的发展和应用领域的不断拓宽，同时综合考虑我国地理环境、气候条件及供电系统等实际情况的需要，国家市场监督管理总局和国家标准化管理委员会于 2022 年 7 月 19 日发布新版 GB 4943.1-2022，等同采用 IEC 62368-1:2018 第三版，新标准将于 2023年8月1日 起 实 施2。New Progresses of Technology Worldwide78 SAFETY&EMC No.3 20231.2
9、 其他国家安规概况信息技术设备适用的最新国际安规为 IEC 60950-1:2005+AMD1:2009+AMD2:2013 和 IEC 62368-1:2018。欧盟使用标准为 EN 62368-1:2014 和 EN IEC 62368-1:2020，EN 62368-1:2014 的失效时间为 2024 年 7 月 6 日，届时将被 EN IEC 62368-1:2020 替代。其它国家正在陆续导入 IEC 62368 的第二版和第三版标准，总体趋势是陆续导入第三版标准，具体概况见表13。由于法规版本的更新，各国都面临新老版本转化过程中的改善设计问题。2 安规对防火防护外壳和防火挡板的结
10、构要求2.1 顶部开孔要求防火防护外壳的顶部开孔尺寸不超过下列规定，则不需要进行试验：任何方向的尺寸 5 mm，或宽度 1 mm（长度不限）4。2.2 底部开孔要求防火防护外壳和防火挡板的底部开孔如果满足下列条件之一，则不需要进行试验：a）底部开孔尺寸不超过下列规定：任何方向的尺寸 3 mm，或宽度 1 mm（长度不限）。b）满足 V-1 级材料或 HF-1 级泡沫材料要求的元器件和零部件，或通过 GB/T 5169.5-2020 施加 30 s 火焰的针焰试验的元器件，底部开孔尺寸不应超过任何方向的尺寸 6 mm，或宽度 2 mm（长度不限）。如 图 1 所 示，PIS 分 为 电 弧 性
11、PIS 和 电 阻 性 PIS，PIS 可以是点、元器件或印制板上的印制线。2.3 侧面开孔要求防火防护外壳和防火防护挡板的侧面开孔特性应适用于垂直（5）侧表面上的开孔。如果防火防护外壳侧面的某一部分在 5 夹角投影出的区域内，则关于防火防护外壳底部开孔的尺寸限制也适用于防火防护外壳侧面上的这一部分，如图 2 中实线所示。3 机箱侧面开孔要求与改善设计方案导入3.1 新版标准对机箱侧面开孔的影响信息技术设备中的服务器常见的一种后窗结构如图 3 所示，其中为服务器常用接口，例如 RJ45 接口、VGA 接口、DB9 接口等；为服务器预留板卡，例如OCP3.0 卡、sas 卡、Raid 卡；为 服
12、 务 器 PCIE 插 卡，图中为横插卡，也可能是竖插卡5。根据之前 PIS 的定义，图 3 中、位置的板卡都可以定义成 PIS，根据防火防护外壳设计要求，PIS 下方投影区域 15 mm 内的开孔被定义成底部开孔，开孔尺寸都应该为 3 mm，而旧安规防火外壳开孔尺寸为 5 mm。如何在满足新安规的情况下，尽量的减少开孔改变，从而减少模具修改数量将是产品设计的一大 难点6。3.2 机箱改善设计方案导入图 4 为元器件滴燃区域的极限位置示意图。其中，表 1 各国/地区安规概况国家/地区最新安规导入版本概况欧洲 2024-07-06 采用第三版取代第二版加拿大/美国2024-07-06 采用第三版
13、取代第二版澳洲 2025-06-25 强制第三版泰国2022-12-21 强 制 AV 产 品 及 其 电 源；2023-10-17 强制手机/平板(不含便携式设备电源)；电源(第三版 送样测试)印度BIS（当地测试），未强制 IEC 62368-1，只能用 IEC 60065/60950-1日本目前仍然接受 IEC 60950-1(预计 2023 年后正式公布第三版)韩国2 0 2 3-0 1-0 1 强制第三版，在此之前可接受IEC 60950-1/60065 或 IEC 62368-1 第三版转证，但不接受 IEC 62368-1 第二版转证沙特2 0 2 3-0 1-0 1 强制第三版
14、，在此之前可接受IEC 62368-1 第二版 或第三版中国2022 年 7 月 19 日发布新版 GB 4943.1-2022，等同采用 IEC 62368-1:2018 第三版，新标准将于 2023 年 8 月 1 日起实施中国台湾 BSMI，2024-01-01 强制第三版图 3 机箱侧面开孔示意图图 1 防护外壳底部开孔要求 图 2 防护外壳侧面开孔要求国内外技术新进展792023 年第 3 期 安全与电磁兼容M 为 PIS 滴燃区域由元器件 3 向后窗 2 方向延伸的水平距离，L 为 PIS 距离机箱底部的垂直距离，为预设扩张角。图 5 为机箱改善设计方案计算方法示意图。为预设扩张角
15、，M 为 PIS 滴燃区域由元器件 3 向后窗 2 方向延伸的水平距离，B 为元器件 3 与遮挡件 4 的竖直距离，H 为 PIS 距离机箱底部的距离，A 为可以计算出的遮挡物的长度，C 为遮挡物距离极限角 之间的垂直距离。其中遮挡件 4 作为防火防护外壳内部的材料，需满足 V-0 级材料或 VTM-0 级材料的防火要求，服务器的金属遮挡件一般是采用金属折弯的方式。产品机箱通常具有顶板、底板 1 和后窗 2，后窗 2是连接顶板和底板 1 的侧板结构，顶板、底板 1 和后窗2 围成壳体结构，壳体内部的元器件 3 可以安装在顶板上、后侧板上或顶板与底板 1 之间。图 2 中元器件 3 设置在靠近后
16、窗 2 位置，元器件 3燃烧时向下辐射的区域为粗实线涉及区域，包括底板 1的部分区域和后窗 2 的部分区域。另外，空间锥体区域在横向上具有一定的范围，例如元器件 3 向两侧 15 mm的范围内，若元器件 3 距离底板 1 较远，则滴燃区域会受横向范围的限制。图 1 中元器件 3 设置在相对远离后窗 2 的位置，元器件 3 燃烧时向下辐射的区域为粗实线涉及区域，仅包括底板 1 的部分区域。考虑到 PIS 滴燃区域可能会包括后窗 2，后窗 2 需要设置满足要求的散热孔。因此在后窗 2 上设置遮挡件 4，能够对元器件 3 向后窗 2 的投影进行遮挡，从而使后窗 2 具有未受到元器件 3 燃烧影响的遮
17、挡部分，因而，后窗 2 上被遮挡的部分即可设置直径较大的第一散热孔，后窗 2 的其他区域以及底板 1 的 PIS 滴燃区域内设有直径较小的第二散热孔。其中第二散热孔应符合安规的孔径要求为较小的散热孔，第一散热孔为符合散热要求的直径较大的散热孔。后窗 2 上设置用于遮挡元器件 3 燃烧所形成的辐射状影响的遮挡件 4，从而使遮挡部分不属于 PIS 滴燃区域，因而后窗 2 上部分散热孔不必设置为符合安规的小孔径，可以仍为原有的较大的孔，减少开孔尺寸的改变。因此在后窗 2 上制作第一散热孔的模具可以继续沿用，服务器机箱的制作成本得到降低，也节省了开发和制作模具的时间，提升了服务器机箱的制作周期。本方案
18、提供了一种设备机箱，如图 6 所示。在PCIE 卡下方设置折弯，通过利用折弯的尺寸、PIS 火焰区域的单向的水平极限距离、预设扩张角以及预设的遮挡件目标位置，获取遮挡件所需要的目标长度，从而保证设置的遮挡件有效达到遮挡效果。在对应的遮挡部分中，可继续沿用原尺寸。3.3 机箱改善方案遮挡件长度计算安规中要求元器件 3 的 PIS 滴燃区域的辐射角通常为5，元器件 3 的 PIS 滴燃区域由元器件 3 沿横向的水平极限距离通常为 15 mm。上述两个数据也可能因为安规的更新进行调整。我们可以在后窗 2 上设置遮挡，以便在遮挡部分设置孔径较大的第一散热孔，但是并不限定遮挡部分的范围，并不要求后窗 2
19、 的位于遮挡件 4 下方的区域均被遮盖，下面的实例中会提供其它更大的遮挡范围优选方案。在上述基础之上，遮挡件 4 为板件，遮挡件 4 沿垂直于后窗 2 方向延长的长度为目标长度，预设扩张角为PIS 滴燃区域的边界在垂直于后窗 2 平面的投影与竖直方向的夹角。目标长度的最小值 Amin为：图 4 元器件滴燃区域的极限位置示意图图 5 机箱改善设计方案计算方法示意图图 6 机箱改善设计方案实际设计方案New Progresses of Technology Worldwide80 SAFETY&EMC No.3 2023Amin=M-Btan（1）其中，M 为 PIS 滴燃区域由元器件 3 向后窗
20、 2 方向延伸的水平距离，B 为元器件 3 与遮挡件 4 的竖直距离，为预设扩张角。遮挡件 4 与后窗 2 可以垂直设置，也可以一定的夹角设置，遮挡件 4 需要具有沿垂直于后窗 2 方向上的延伸，即沿底板 1 平面方向的延伸，以便对来自元器件 3方向的滴燃区域进行遮挡，使得遮挡件 4 下方部分得到遮挡。其中，目标长度为遮挡件 4 沿垂直于后窗 2 方向延伸的有效长度。上述公式通过设定元器件 3 与遮挡件 4 的竖直距离，利用预设扩张角和上述水平极限距离，能够得到遮挡件 4 的下限值 Amin。如图 4 和图 5 所示，其中遮挡件 4 的长度为 A，当 A 的长度大于或等于 Amin时，PIS滴
21、燃区域向后窗 2 的投影能够保证遮挡件 4 下方的后窗部分完全被遮挡，从而能够使得该区域内的散热孔未在PIS 滴燃区域覆盖的范围内。即图 4 中位于遮挡件 4 下方的后窗 2 范围内，均可设置为孔径较大的第一散热孔，其它位置可设置为孔径较小的第二散热孔。3.4 机箱改善方案遮挡件的安装3.4.1 遮挡件位置在上述基础之上，遮挡件 4 垂直于后窗 2 所在平面；和/或将遮挡件 4 设置在后窗 2 高度的中点位置。需要说明的是，遮挡件 4 垂直于后窗设置能够将遮挡作用最大化，即其全部长度都用来实现有效的遮挡。由于后窗 2 多用于设置服务器常用接口、服务器预留板卡和/或 PCIE 插卡等，因此需设置
22、散热孔，可将遮挡件 4 的位置设定、安装在后窗 2 高度的中点位置，即服务器高度的一半的位置。遮挡件 4 的设置位置也可距离元器件 3 为 1/4 服务器高度、3/4 服务器高度等其它的较为规范的位置。遮挡件 4 可为平板，平板的端部连接于后窗 2 且垂直于后窗 2，为了加强平板与后窗 2 连接的稳定性，可将三角筋板连接于后窗 2 和遮挡件 4 之间，保证在使用过程中遮挡件 4 不易脱落。或者遮挡件 4 为 L 形弯折件，L 形弯折件的一侧通过固定件连接于后窗 2，另一侧沿垂直于后窗 2 的方向延伸，并向壳体内部延伸。优选 L形弯折件的形式，L 形弯折件的两侧为垂直关系，一侧连接后窗 2，另一
23、侧连接壳体内部、沿垂直于后窗 2 的方向设置，起到对 PIS 滴燃区域的遮挡作用。3.4.2 遮挡件的设计方法考虑到底板 1 非 PIS 滴燃区域的部分需要在满足安规的条件下尽可能实现较好的散热效果，因此，第三散热孔可为大于第二散热孔的通孔。设置的遮挡件 4 的长度能够满足对后窗 2 下部区域的遮挡作用，为了保证在服务器宽度方向（即沿后窗 2的长度方向）上具有稳定的遮挡作用，遮挡件 4 的宽度与后窗 2 的宽度相同，即在宽度方向上实现完全的遮挡作用。遮挡件 4 的宽度也可大于或等于元器件 3 的宽度，即对应各个元器件 3 分别设置遮挡件 4，以便实现对所有元器件 3 均有一定程度的遮挡效果。在
24、上述基础之上，如图 4 所示，假设元器件 3 的PIS 滴燃区域固有的预设扩张角（可选为 5）和向后窗方向延伸的水平极限距离 M（即极限距离，可选为 15 mm），由此可知当元器件 3 距离后窗 2 边缘为 M，可以得到元器件 3 的 PIS 滴燃区域恰好投影至底板 1 时，元器件 3 距离底板 1 的垂直距离，即元器件 3 影响后窗2 的极限设置高度 L。在机箱高度大于 L 时，如图 5 所示，后窗 2 已经不在 PIS 滴燃区域的侧部投影范围内，原理同图 2，PIS滴燃区域可全部投影到机箱的底板 1（底板粗实线部分），侧面的后窗 2 上的开孔可以为 5 mm，如图 5 所示，在后窗 2 上
25、设置遮挡件 4，且目标长度可以取大于或等于 Amin，无论该元器件 3 靠近或远离后窗 2，长度为Amin 的遮挡件 4 均能够实现全部的遮挡。但是如果机箱小于 L 时，如图 5 所示，元器件 3与后窗 2 实际距离变小时，即图 5 中元器件 3 向右移动时，会导致 PIS 滴燃区域投影到侧面的后窗 2 上，后窗 2 被投影覆盖的区域开孔需按照安规设置为第二散热孔，开孔尺寸为 3 mm，因此设计中将设置遮挡件 4 实现后窗 2 位置的遮挡，被遮挡件 4 遮挡的区域可设置为第一散热孔，开孔尺寸可保持为 5 mm，而 PIS 滴燃区域投影不到的区域可以设置为第一散热孔，开孔尺寸为5 mm。为了优化
26、目标长度 A，从而使后窗 2 更大面积的部分能够被遮挡件 4 遮挡的同时，节省遮挡件 4 的成本，进行以下设置。当元器件 3 与后窗 2 的实际水平距离小于水平极限距离 M 时，遮挡件 4 的目标长度 A 需要大于或等于 A，即可以实现遮挡。A=N-BN/H（2）其中，N 为元器件 3 与后窗 2 的实际水平距离，H 为元器件 3 与底板 1 的竖直高度，B 为元器件 3 与遮挡件 4的竖直距离。需要说明的是，其它条件不变的情况下，元器件3 向靠近后窗 2 的方向移动，形成与后窗 2 的实际水平距离 N，则可以通过 A 的公式计算得到实际水平距离N 情况下，遮挡件 4 的最优长度 A，以节省遮
27、挡件 4 同时达到遮挡区域最大化。国内外技术新进展812023 年第 3 期 安全与电磁兼容利用 PIS 滴燃区域的单向水平极限距离、预设扩张角以及预设遮挡件 4 的目标位置，获取遮挡件 4 所需要的目标长度，从而保证设置的遮挡件 4 有效达到遮挡效果。在对应的遮挡部分中，不必要设置为符合安规的小孔径，可以通过增大孔径，实现较好的散热性能。原先在后窗 2 上制作第一散热孔的模具可继续沿用，不必因新的安规而全部报废，服务器机箱的制作成本得到降低，也节省了开发和制作模具的时间。3.4.3 遮挡件尺寸的计算获取后窗 2 高度的一半或壳体高度的一半，并以其值作为遮挡件 4 与元器件 3 的竖直距离。当
28、元器件 3 与后窗 2 的实际水平距离 N 小于 PIS滴燃区域由元器件向后窗方向延伸的水平极限距离 M；利用公式（2）获取 A，并设置遮挡件 4 的目标长度 A大于或等于 A。如图 4、图 5 所示，元器件 3 对机箱后窗 2 的影响距离是 15 mm 以内，预设扩张角为 5。当元器件 3 距离机箱后窗 2 为 15 mm 时，可得到元器件 3 恰好投影到机箱底板 1 时元器件 3 距离机箱底部的垂直距离，此距离是元器件 3 的 PIS 滴燃区域投影至机箱底部的极限距离：tan5=15/L（3）计算出 L=171.5 mm。假设元器件 3 与遮挡件 4 的竖直距离 B 为机箱一半的高度，也就
29、是将遮挡件 4 设置在机箱高度一半的位置，L=B+C 为图 5 中得到的 PIS 滴燃区域恰好完全投影到机箱底部时的高度。因此，当B+C=171.5 mm 时，PIS 滴燃区域恰好投影到机箱底部，只要折弯的尺寸大于 A 的尺寸，PIS 滴燃区域就投影不到机箱的底板 1，从而保证机箱下半区域的开孔不受上半区域 PIS 的影响。在设计加工过程中，机箱的高度是标准尺寸，通常为 1U、2U、4U 等，其中 1U=44.45 mm。B+C 定义为PIS 正好投影到机箱底部的高度，服务器都是按照标准高度设计。以下按照元器件 3 与后窗 2 的距离等于水平极限距离 M 进行说明。当 1U 服务器时，一半机箱
30、的高度 0.5U=22.225 mm，所以 B=22.22 mm，C=171.5-B=149.275 mm，A=13.06 mm。在 1U 服务器中间设置长度大于 13.06 mm 的遮挡件 4，可避免上半区域的 PIS 滴燃区域对后窗 2 下半区域 PIS的影响，所以下半区域所遮挡部分的开孔还能继续保持5 mm。同理计算可得，2U 服务器时 A=11.12 mm，4U 服务器时 A=7.25 mm，6U 服务器时 A=3.33 mm。当 8U 服务器时，对应的 C=-6.3 mm，所以上半区域的 PIS 会投影到整个机箱底部，若元器件 3 与后窗2 的距离等于 M（例如 15 mm），则在这
31、种情况下不用考虑上半区域 PIS 对下半区域 PIS 的影响；若元器件 3与后窗 2 的实际距离小于 M，即元器件 3 靠近后窗 2，PIS 滴燃区域的边缘投影至侧部位置，则需要设置遮挡件 4，计算方法参考式（2）。以便遮挡件 4 下方的结构开孔继续保持 5 mm。根据以上计算，机箱遮挡件尺寸见表 2。4 结语介绍了产品机箱及其遮挡件的设计、加工方法。在后窗上设置的遮挡件，可使被遮挡部分不属于 PIS 火焰区域的投影范围，使后窗上部分散热孔可以保持原有的大直径孔，在满足新标准的情况下，减少了开孔尺寸的改变。一方面保障了产品散热性能，提高了产品可靠性；另一方面减少产品模具开发，降低了产品的成本。
32、参考文献1 朱满.IEC 62368-1 和 IEC 60950-1 对手机外壳的防火要求及差异 J.安全与电磁兼容.2019(3):27-28,33.2 王莹,郭子绮,何鹏林.GB 4943.1-202X 与 GB 4943.1-2011 及 GB 8898-2011 的 总 体 差 异 J.质 量 与 认 证,2022(2):44-47.3 胡 伟 欣，钱 景 凌.IEC 62368-1 与 IEC 60950-1,IEC 60065 标准主要技术要求差异分析 J.标准科学.2018(8):126-130.4 Audio/video,information and communicatio
33、n technology equipment-Part1:Safetyrequirements:IEC62368-1S.2018.5 周绍祥,邹玉莲,赵琴琴.工业控制刀片服务器设计.J.新型工业化,2021,11(2):182-184.6 汤燕燕.强制认证产品防火防护外壳要求和燃烧性等级试验 J.环境技术,2016,34(4):19-23.编辑：田宁 E-mail:表 2 根据机箱高度计算遮挡件尺寸服务器机箱高度0.5U 位置遮挡件尺寸/mm1U 位置遮挡件尺寸/mm2U 位置遮挡件尺寸/mm3U 位置遮挡件尺寸/mm1U 13.06-2U 13.06 11.11-3U 13.06 11.11 7.25-4U 13.06 11.11 7.25 3.335U 13.06 11.11 7.25 3.336U 13.06 11.11 7.25 3.337U 13.06 11.11 7.25 3.338U 13.06 11.11 7.25 3.33
