引言

數(shù)字隔離器提供許多電路正確工作所必需的信號隔離和電平轉(zhuǎn)換；同樣重要的是，數(shù)字隔離器也防止用戶受到電擊。基于以上所述的基本人身安全考慮，這些隔離器必須經(jīng)過全面的測試和認(rèn)證，以確保用戶安全。本文簡要介紹適用于數(shù)字隔離器的國際安全標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證。以MAX1493x系列產(chǎn)品為例，介紹設(shè)計(jì)者必須如何利用數(shù)據(jù)資料和標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)表格來確定最適合于具體應(yīng)用的數(shù)字隔離器。


國際安全標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)

國際電工委員會(huì)（IEC）是一家頒布電氣安全國際標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)，地區(qū)規(guī)范由諸如UL （美國）、CSA （加拿大）、VDE （德國）和CNCA （中國）等機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)，實(shí)際的測試和認(rèn)證則由UL、CSA、VDE以及德國的TUV和中國的CQC負(fù)責(zé)實(shí)施。

安全標(biāo)準(zhǔn)可分為三種廣義類型：設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)、支持標(biāo)準(zhǔn)和元件認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過在多個(gè)地區(qū)及眾多行業(yè)的長期發(fā)展，安全認(rèn)證已經(jīng)演變出大量標(biāo)準(zhǔn)。最近幾年，在協(xié)調(diào)統(tǒng)一這些標(biāo)準(zhǔn)方面又取得了長足進(jìn)步。如果在某份標(biāo)準(zhǔn)上看到多個(gè)前綴，則表示該協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)滿足這些機(jī)構(gòu)的要求。例如，被確定為BS EN IEC的混合標(biāo)準(zhǔn)滿足英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（BS）、歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN）和IEC標(biāo)準(zhǔn)要求。標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)是一種非常緩慢但十分必要的過程。在達(dá)到這一目標(biāo)之前，元件供應(yīng)商為了能夠在全球范圍內(nèi)銷售其器件，就不得不滿足盡可能多的標(biāo)準(zhǔn)要求。


設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)

如您所料，設(shè)備安全標(biāo)準(zhǔn)適用于由眾多元件組裝而成的最終設(shè)備。這些標(biāo)準(zhǔn)涵蓋各種各樣的安全事項(xiàng)，包括絕緣、加壓氣體以及電源線的強(qiáng)度。IEC 61010-1 （測量、控制和實(shí)驗(yàn)室用電氣設(shè)備的安全要求）主要關(guān)注設(shè)備承受的瞬態(tài)電壓以及采用的絕緣特性。該標(biāo)準(zhǔn)不特別針對隔離器。實(shí)際上，該IEC標(biāo)準(zhǔn)中未出現(xiàn)過“隔離器”或“隔離”這個(gè)詞。盡管如此，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了瞬態(tài)電壓和絕緣的最小爬電距離和間隙，所以與隔離器緊密相關(guān)。因此，認(rèn)證隔離器的絕緣必須滿足IEC標(biāo)準(zhǔn)的要求。


支持標(biāo)準(zhǔn)

支持標(biāo)準(zhǔn)提供適用于其他大量標(biāo)準(zhǔn)的定義、方法或要求。支持標(biāo)準(zhǔn)有助于協(xié)調(diào)，IEC 60664-1（適用于低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣）就是其中一個(gè)例子。同樣，該標(biāo)準(zhǔn)并未特別提及隔離或隔離器。


元件認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)

元件認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)適用于可用于各種應(yīng)用的特定元件。這些標(biāo)準(zhǔn)定義要求的測試、樣本大小及預(yù)處理，也可能定義了數(shù)據(jù)資料要求的術(shù)語和信息。除了少數(shù)例外，這些標(biāo)準(zhǔn)不涉及元件性能，而是規(guī)定性能要求“遵循制造商的技術(shù)指標(biāo)”。


元件級認(rèn)證

現(xiàn)在，我們快速了解一下直接影響數(shù)字隔離器制造的規(guī)范，這非常有用。


UL1577

UL1577規(guī)范適用于光隔離器，但也用于判定電容和電感隔離器。等級評定嚴(yán)格基于電壓擊穿，不包括爬電距離和間隙方面的任何要求。為通過該標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證，器件必須承受隔離電壓VISO （由制造商規(guī)定，通常為2.5kVRMS或5KVRMS）達(dá)1分鐘。此外，該規(guī)范允許采用120%隔離電壓進(jìn)行生產(chǎn)測試，持續(xù)時(shí)間為1秒鐘。滿足這些要求的器件（加上150% VISO過載試驗(yàn)和熱老化試驗(yàn)）被認(rèn)定為單保護(hù)等級。雙保護(hù)等級要求能夠耐受20kV放電試驗(yàn)（進(jìn)行50次）和1秒鐘額定隔離RMS電壓或2.5kVRMS（取大值）的生產(chǎn)測試。


IEC60747-5和VDE0884-10

IEC正在制定電容和電磁隔離器指標(biāo)規(guī)范（IEC60747-17），在本文發(fā)表時(shí)仍處于草稿階段。目前為止，IEC60747-5和德國VDE0884-10標(biāo)準(zhǔn)被用于判定數(shù)字隔離器。


這些標(biāo)準(zhǔn)基于局部放電試驗(yàn)（而非電壓擊穿）和隔離耐壓。局部放電試驗(yàn)要求將電壓斜升至最大瞬態(tài)電壓VIOTM，持續(xù)60秒鐘。然后將電壓降低至1.5×VIORM，其中VIORM為最大重復(fù)峰值隔離電壓，持續(xù)10秒鐘（如果波形為正弦波，那么VIORM為VIOWM的峰值，即最大工作隔離電壓，為RMS值）。允許局部放電最高5pC.生產(chǎn)過程中，試驗(yàn)時(shí)間縮短為1秒，試驗(yàn)電壓為1.875×VIORM.同樣，5pC為局部放電門限。


為了通過增強(qiáng)絕緣認(rèn)證，VDE0884-10包括了附加10kV浪涌電壓要求。各種絕緣等級的定義見表1.





只要絕緣保持完整，基本絕緣即可防止電擊。然而，為了在絕緣失效的情況下保護(hù)操作者免受電擊，通常要求冗余（補(bǔ)充）系統(tǒng)。增強(qiáng)絕緣為單絕緣系統(tǒng)，提供相當(dāng)于雙絕緣的保護(hù)。
系統(tǒng)級認(rèn)證

IEC也有一系列適用于系統(tǒng)級認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)。最常用于要求隔離的應(yīng)用的系統(tǒng)級標(biāo)準(zhǔn)有：

●IEC60950-1：信息技術(shù)設(shè)備

●IEC61010-1：測量、控制和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備

●IEC60601-1：醫(yī)療設(shè)備

除功能性絕緣認(rèn)證外，系統(tǒng)級認(rèn)證規(guī)定了防止電擊所要求的絕緣等級，包括物理尺寸（例如爬電距離和間隙）、環(huán)境條件，當(dāng)然也包括器件承受規(guī)定測試電壓的能力。

爬電距離和間隙

爬電距離為兩個(gè)傳導(dǎo)部件（例如兩個(gè)引腳）之間絕緣材料表面的最短距離。間隙為兩個(gè)表面之間空氣的最短距離（間隙不一定為視線距離）。請參見圖1.


圖1.半導(dǎo)體封裝的爬電距離和間隙。

對于簡單結(jié)構(gòu)，爬電距離和間隙可能相同，但爬電距離一般長于間隙。可根據(jù)相對漏電起痕指數(shù)（CTI）降低爬電距離要求，CTI用于衡量絕緣材料的電擊穿（起痕）特性。CTI越高，允許爬電距離越小。表2所示為基于CTI指數(shù)的材料分級。