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引言 數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換；同樣重要的是，數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，這些隔離器必須經過全面的測試和認證，以確保用戶安全。本文簡要介紹適用于數字隔離器的國際安全標準和認證。以MAX1493x系列產品為例，介紹設計者必須如何利用數據資料和標準的技術指標表格來確定最適合于具體應用的數字隔離器。 國際安全標準基礎 國際電工委員會(IEC)是一家頒布電氣安全國際標準的機構，地區(qū)規(guī)范由諸如UL (美國)、CSA (加拿大)、VDE (德國)和CNCA (中國)等機構負責，實際的測試和認證則由UL、CSA、VDE以及德國的TUV和中國的CQC負責實施。 安全標準可分為三種廣義類型：設備標準、支持標準和元件認證標準。經過在多個地區(qū)及眾多行業(yè)的長期發(fā)展，安全認證已經演變出大量標準。最近幾年，在協(xié)調統(tǒng)一這些標準方面又取得了長足進步。如果在某份標準上看到多個前綴，則表示該協(xié)調標準滿足這些機構的要求。例如，被確定為BS EN IEC的混合標準滿足英國標準協(xié)會(BS)、歐洲標準(EN)和IEC標準要求。標準協(xié)調是一種非常緩慢但十分必要的過程。在達到這一目標之前，元件供應商為了能夠在全球范圍內銷售其器件，就不得不滿足盡可能多的標準要求。 設備標準 如您所料，設備安全標準適用于由眾多元件組裝而成的最終設備。這些標準涵蓋各種各樣的安全事項，包括絕緣、加壓氣體以及電源線的強度。IEC 61010-1 (測量、控制和實驗室用電氣設備的安全要求)主要關注設備承受的瞬態(tài)電壓以及采用的絕緣特性。該標準不特別針對隔離器。實際上，該IEC標準中未出現過“隔離器”或“隔離”這個詞。盡管如此，該標準規(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。因此，認證隔離器的絕緣必須滿足IEC標準的要求。 支持標準 支持標準提供適用于其他大量標準的定義、方法或要求。支持標準有助于協(xié)調，IEC 60664-1(適用于低壓系統(tǒng)內設備的絕緣)就是其中一個例子。同樣，該標準并未特別提及隔離或隔離器。 元件認證標準 元件認證標準適用于可用于各種應用的特定元件。這些標準定義要求的測試、樣本大小及預處理，也可能定義了數據資料要求的術語和信息。除了少數例外，這些標準不涉及元件性能，而是規(guī)定性能要求“遵循制造商的技術指標”。 元件級認證 現在，我們快速了解一下直接影響數字隔離器制造的規(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。為通過該標準的認證，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1分鐘。此外，該規(guī)范允許采用120%隔離電壓進行生產測試，持續(xù)時間為1秒鐘。滿足這些要求的器件(加上150% VISO 過載試驗和熱老化試驗)被認定為單保護等級。雙保護等級要求能夠耐受20kV放電試驗(進行50次)和1秒鐘額定隔離RMS電壓或2.5kVRMS(取大值)的生產測試。 IEC60747-5和VDE0884-10 IEC正在制定電容和電磁隔離器指標規(guī)范(IEC60747-17)，在本文發(fā)表時仍處于草稿階段。目前為止，IEC60747-5和德國VDE0884-10標準被用于判定數字隔離器。 這些標準基于局部放電試驗(而非電壓擊穿)和隔離耐壓。局部放電試驗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。生產過程中，試驗時間縮短為1秒，試驗電壓為1.875 × VIORM。同樣，5pC為局部放電門限。 為了通過增強絕緣認證，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操作者免受電擊，通常要求冗余(補充)系統(tǒng)。增強絕緣為單絕緣系統(tǒng)，提供相當于雙絕緣的保護。 系統(tǒng)級認證 IEC也有一系列適用于系統(tǒng)級認證的標準。最常用于要求隔離的應用的系統(tǒng)級標準有： ● IEC60950-1：信息技術設備 ● IEC61010-1：測量、控制和實驗室設備 ● IEC60601-1：醫(yī)療設備 除功能性絕緣認證外，系統(tǒng)級認證規(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 爬電距離為兩個傳導部件(例如兩個引腳)之間絕緣材料表面的最短距離。間隙為兩個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. 半導體封裝的爬電距離和間隙。 對于簡單結構，爬電距離和間隙可能相同，但爬電距離一般長于間隙。可根據相對漏電起痕指數(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指數的材料分級。 決定爬電距離要求的另一特性是環(huán)境污染水平，以污染等級規(guī)定。污染水平越高，要求的爬電距離越高。污染等級的分級請參見表3。 根據以上所述的IEC規(guī)范，污染等級和系統(tǒng)最高工作電壓共同決定了IEC認證的爬電距離要求。例如，表4中列出了IEC60950-1標準要求的最小爬電距離，單位為mm。 表4所列數值適用于基本絕緣認證。增強絕緣認證的爬電距離要求為表4所列值的2倍。 IEC60950-1標準也規(guī)定耐電強度試驗所用的電壓，持續(xù)時間為60秒，基于設備的工作電壓和相應的絕緣認證等級要求(即功能性、基本、補充或增強絕緣)。表5為試驗電壓要求匯總，以過壓類型II(墻上插座供電的便攜式設備)為例。 應用數據至具體應用 在數字隔離器的數據資料中，必須給出根據以上標準進行認證的最小爬電距離/間隙。我們以上述信息為例，假設您正在考慮采用窄體和寬體SO封裝的兩款隔離器。您的應用為220VAC供電的電信設備。您希望確定哪種元件封裝最適合于該應用。從表4可知，對于材料組III，設計者需要8.0mm爬電距離(250VRMS，污染等級3，增強絕緣認證)；對于材料組I，則需要6.4mm爬電距離。寬體SO封裝滿足這兩項要求。如果應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測試電壓，才能達到增強絕緣等級。 總結 對于當今的電路而言，信號隔離不僅在功能上具有重要性，而且對于用戶防止電擊的保護同樣重要。設計者受益于或困惑于大量的國際和地區(qū)標準以及認證。由于現行IEC標準未特別提及數字隔離器，UL1577、IEC60747-5、VDE0884-10標準是數字隔離器的關鍵元件級認證要求。此外，可能要求通過IEC60950-1、IEC61010-1和IEC60601-1標準認證，取決于最終應用。 參考 1. IEC標準請參見其網站：http://www.iec.ch/index.htm。 2. 關于這些機構的基本信息，請參見：美國UL：http://www.ul.com；加拿大CSA：http://www.csagroup.org/；德國VDEhttp://www.vde.com/en/；中國CNCA：http://www.cnca.gov.cn/cnca/cncatest/20040420/column/227.htm；德國TUV Rheinland：http://www.tuv.com；德國TUV Sud：http://www.tuv-sud.com；中國CQC：http://www.cqc.com.cn/english/。 |
