引言

數(shù)字隔離器提供許多電路正確工作所必需的信號(hào)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?；谝陨纤龅幕救松戆踩紤]，這些隔離器必須經(jīng)過全面的測(cè)試和認(rèn)證，以確保用戶安全。本文簡(jiǎn)要介紹適用于數(shù)字隔離器的國(guó)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(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)

國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)是一家頒布電氣安全國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)，地區(qū)規(guī)范由諸如UL (美國(guó))、CSA (加拿大)、VDE (德國(guó))和CNCA (中國(guó))等機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)，實(shí)際的測(cè)試和認(rèn)證則由UL、CSA、VDE以及德國(guó)的TUV和中國(guó)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guó)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(cè)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(duì)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(cè)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(jí)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(jí)評(píng)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(cè)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(jí)。雙保護(hù)等級(jí)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(cè)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(guó)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(jí)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(jí)認(rèn)證

IEC也有一系列適用于系統(tǒng)級(jí)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)有：

●IEC60950-1：信息技術(shù)設(shè)備

●IEC61010-1：測(cè)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(jí)認(rèn)證規(guī)定了防止電擊所要求的絕緣等級(jí)，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(cè)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(qǐng)參見圖1.

圖1.半導(dǎo)體封裝的爬電距離和間隙。

對(duì)于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，爬電距離和間隙可能相同，但爬電距離一般長(zhǎng)于間隙。可根據(jù)相對(duì)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(jí)。

決定爬電距離要求的另一特性是環(huán)境污染水平，以污染等級(jí)規(guī)定。污染水平越高，要求的爬電距離越高。污染等級(jí)的分級(jí)請(qǐng)參見表3.

根據(jù)以上所述的IEC規(guī)范，污染等級(jí)和系統(tǒng)最高工作電壓共同決定了IEC認(rèn)證的爬電距離要求。例如，表4中列出了IEC60950-1標(biāo)準(zhǔn)要求的最小爬電距離，單位為mm.

表4所列數(shù)值適用于基本絕緣認(rèn)證。增強(qiáng)絕緣認(rèn)證的爬電距離要求為表4所列值的2倍。

IEC60950-1標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定耐電強(qiáng)度試驗(yàn)所用的電壓，持續(xù)時(shí)間為60秒，基于設(shè)備的工作電壓和相應(yīng)的絕緣認(rèn)證等級(jí)要求(即功能性、基本、補(bǔ)充或增強(qiáng)絕緣)。表5為試驗(yàn)電壓要求匯總，以過壓類型II(墻上插座供電的便攜式設(shè)備)為例。

應(yīng)用數(shù)據(jù)至具體應(yīng)用

在數(shù)字隔離器的數(shù)據(jù)資料中，必須給出根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行認(rèn)證的最小爬電距離/間隙。我們以上述信息為例，假設(shè)您正在考慮采用窄體和寬體SO封裝的兩款隔離器。您的應(yīng)用為220VAC供電的電信設(shè)備。您希望確定哪種元件封裝最適合于該應(yīng)用。從表4可知，對(duì)于材料組III，設(shè)計(jì)者需要8.0mm爬電距離(250VRMS，污染等級(jí)3，增強(qiáng)絕緣認(rèn)證);對(duì)于材料組I，則需要6.4mm爬電距離。寬體SO封裝滿足這兩項(xiàng)要求。如果應(yīng)用的首選是窄體器件，可能需要一定形式的保形涂層。最后，表5表明，器件需要通過3kV測(cè)試電壓，才能達(dá)到增強(qiáng)絕緣等級(jí)。

總結(jié)

對(duì)于當(dāng)今的電路而言，信號(hào)隔離不僅在功能上具有重要性，而且對(duì)于用戶防止電擊的保護(hù)同樣重要。設(shè)計(jì)者受益于或困惑于大量的國(guó)際和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)以及認(rèn)證。由于現(xiàn)行IEC標(biāo)準(zhǔn)未特別提及數(shù)字隔離器，UL1577、IEC60747-5、VDE0884-10標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)字隔離器的關(guān)鍵元件級(jí)認(rèn)證要求。此外，可能要求通過IEC60950-1、IEC61010-1和IEC60601-1標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，取決于最終應(yīng)用。