數(shù)字隔離器為加強絕緣設(shè)定了標(biāo)準(zhǔn)

光耦合器傳統(tǒng)上用于隔離 許多類型的電氣中的潛在危險電壓 設(shè)備。如今，更現(xiàn)代的數(shù)字隔離器基于 變壓器或電容耦合被廣泛使用。 基于變壓器的數(shù)字隔離器具有許多優(yōu)點，例如 作為改進的性能，集成的功能，降低 功耗、更好的長期可靠性以及 提高了易用性。

出于多種原因，可能需要隔離。它允許 不同接地時電路工作正常 使用基準(zhǔn)電壓或電源電壓。設(shè)備操作員 或必須保護醫(yī)療患者免受電擊或 長期系統(tǒng)運行期間的危險電流。 由于電氣原因?qū)γ舾泻?或昂貴的系統(tǒng)造成損壞 必須防止電涌（如雷擊）。

隨著時間的推移，國家和國際標(biāo)準(zhǔn) 以提供統(tǒng)一規(guī)范為目標(biāo)而開發(fā) 以及使用隔離器和電氣系統(tǒng)的測試 隔離。安全認(rèn)證可以在以下兩個方面獲得： 組件級別和終端系統(tǒng)，以及認(rèn)證 世界不同地區(qū)的要求可能有所不同，甚至 當(dāng)引用相同的基本安全標(biāo)準(zhǔn)時。隔離 滿足安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的超集提供 設(shè)備供應(yīng)商在滿足這些要求方面具有最大的靈活性 不同的要求。

需要電氣隔離的原因有很多 在電氣系統(tǒng)中。最明顯也是最關(guān)鍵的—— 是保護人類操作員免受潛在致命傷害 沖擊。電擊危險可能來自主電源 設(shè)備插入或從高壓插入 在存儲模塊內(nèi)生成。增強絕緣等級 當(dāng)人類受到保護時是必需的 潛在的致命性休克。

在大型工業(yè)環(huán)境中可能存在潛在差異 在物理上分離的接地點之間，可能會產(chǎn)生 不需要的電流。接地環(huán)路也會導(dǎo)致噪聲 并在系統(tǒng)中嗡嗡作響。

高可靠性或高可用性系統(tǒng)通常需要 控制單個電路故障，以便整體 系統(tǒng)操作不會受到超出可接受水平的損害。 隔離可用于這些系統(tǒng)以包含故障，因此 相鄰電路仍可運行。

電氣系統(tǒng)的不同部分可能具有 未引用的理由或引用到不相關(guān)的高邊 電源電壓，再次導(dǎo)致需要隔離。 最后，電路特定部分的噪聲可能需要 被遏制以消除對敏感 電子學(xué)。

安全標(biāo)準(zhǔn)

國際電工委員會 （IEC） 發(fā)布多項與 電氣安全，而國家機構(gòu)，如保險商 美國實驗室 （UL） 和 Verband der Elektrotechnik （VDE） 在德國發(fā)布區(qū)域規(guī)范。測試 并且由幾個提供標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證 實體，包括 UL、VDE、加拿大標(biāo)準(zhǔn) 協(xié)會（CSA）和Technischer überwachungs-Verein （TüV）在德國。選擇哪種認(rèn)證 獲取取決于組件或系統(tǒng)的銷售區(qū)域以及最終用戶。在某些情況下，a 設(shè)備供應(yīng)商可能需要向IEC認(rèn)證 來自特定公司（例如，TüV）的標(biāo)準(zhǔn)甚至 如果已經(jīng)通過了同一標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證 通過其他機構(gòu)（如 CSA）獲得。這是 有時基于偏好或以前的經(jīng)驗，但 認(rèn)證級別也可能存在差異 推動這些需求。

標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)一直在努力協(xié)調(diào) 簡化國際和區(qū)域文件 認(rèn)證過程。這是一個緩慢的過程，因為 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)量和復(fù)雜性。直到這是 實現(xiàn)，組件供應(yīng)商最好滿足 各種要求的超集，以提供最大的 終端設(shè)備全球銷售的靈活性。

使情況進一步復(fù)雜化的事實是，存在 用于隔離的系統(tǒng)級和組件級標(biāo)準(zhǔn)。 與應(yīng)用最相關(guān)的系統(tǒng)級標(biāo)準(zhǔn) 需要隔離的是：

此方法提供了一個系統(tǒng)隔離規(guī)范，該規(guī)范 向向組件級別。系統(tǒng)要求是 用于定義個人的隔離特性 組成系統(tǒng)的部件。遵循系統(tǒng) 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)在最終中產(chǎn)生已知的安全水平 系統(tǒng)設(shè)計。

適用于特定隔離組件的標(biāo)準(zhǔn)是

IEC 60747：半導(dǎo)體器件—第1部分：概述

UL 1577：光隔離器標(biāo)準(zhǔn)

VDE 0884-10：半導(dǎo)體器件-磁性和 用于安全隔離的電容耦合器

這些標(biāo)準(zhǔn)證明數(shù)字隔離器組件 符合特定的安全要求，但不能保證 整個系統(tǒng)的隔離級別。確定 單個數(shù)字隔離器的適用性留給系統(tǒng) 設(shè)計師基于整體安全要求。

另一個考慮因素是各種參數(shù)如何 由每個機構(gòu)處理。例如，UL 1577 文檔 達到爬電距離和間隙，并驗證生存能力 指定的耐壓。沒有具體的 爬電距離或電氣間隙要求，只要 組件通過測試。另一方面，IEC 60950 規(guī)定了特定的爬電距離和電氣間隙要求 基于工作電壓。無論 測試結(jié)果。

編寫了一些組件級標(biāo)準(zhǔn) 專門用于使用光通信的產(chǎn)品 跨越隔離墻。這些產(chǎn)品被稱為 光耦合器，已經(jīng)使用了一段時間，并且 受 IEC 60747 和 UL 1577 標(biāo)準(zhǔn)的約束。摩登 使用變壓器或電容耦合的數(shù)字隔離器 跨越隔離柵現(xiàn)在被廣泛用作 光耦合器的替代品。標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)有 開始孤立地趕上技術(shù)變革 產(chǎn)品。例如，VDE 0884-10于2006年發(fā)布至 解決使用基于變壓器和 電容隔離。IEC目前正在努力 協(xié)調(diào)這些標(biāo)準(zhǔn)。

幾種物理和電氣隔離器特性是 在各種安全標(biāo)準(zhǔn)中指定。絕緣 組件的屬性以及物理 包裝和絕緣屏障的尺寸為 指定以承受特定的電壓應(yīng)力。 根據(jù)大小和 期間。

工作電壓

工作電壓是連續(xù)的直流或交流電壓，其 組件被指定為在其生命周期內(nèi)經(jīng)久耐用。國際電工委員會 60950 規(guī)定了工作電壓的三個級別：250 V有效值, 320 V有效值和 400 V有效值.

耐壓

耐壓（也稱為隔離電壓）是一種 組件將持續(xù)一段時間的過壓情況 到一分鐘。UL 1577 耐壓額定值為 1 kV有效值, 2.5 千伏有效值， 3.5 kV有效值和 5 kV有效值很常見。

浪涌電壓

浪涌電壓定義了重復(fù)一系列 持續(xù)時間短的高壓脈沖（見圖1）。隔離器 必須通過 10 kV 浪涌電壓測試才能實現(xiàn)增強 絕緣等級符合 VDE 0884-10 規(guī)范。這 通過此測試的能力主要取決于 絕緣厚度（也稱為通過距離 絕緣或DTI）和絕緣材料的質(zhì)量。 外加電場傾向于集中在缺陷處 絕緣子內(nèi)的點，因此缺陷密度更低 通常會導(dǎo)致更高的擊穿評級。厚 材料更耐擊穿，因為場強與 絕緣體兩側(cè)的導(dǎo)體。

圖1.浪涌電壓波形。

光耦合器通常滿足這一要求，因為 DTI 通常為 400 μm，這減少了 絕緣質(zhì)量對擊穿特性的影響。只是 放，絕緣太厚了，高質(zhì)量的材料是 不需要通過 10 kV 測試?；谧儔浩?數(shù)字隔離器采用高質(zhì)量的20 μm聚酰亞胺層 存放在潔凈室環(huán)境中。由于這種材料 缺陷水平遠(yuǎn)低于注塑成型 光耦合器中使用的環(huán)氧樹脂，更薄的層仍然可以 滿足 10 kV 要求。電容式隔離器還使用 高質(zhì)量絕緣層，在這種情況下是二氧化硅 （二氧化硅2），在晶圓制造過程中沉積。二氧化硅 具有高介電強度，但通常不能沉積 在非常厚的層中，不會產(chǎn)生機械應(yīng)力 在電影中。更厚的碳化硅2還降低了電容， 這反過來又降低了整個 障礙。因此，電容隔離器通常不會 通過 10 kV 浪涌測試，因此無法通過 VDE作為增強絕緣材料。

電壓電平可以指定為峰值電壓或均方根 條款，因此必須特別注意其中的細(xì)節(jié) 每個標(biāo)準(zhǔn)。

物理和環(huán)境影響

在 安全標(biāo)準(zhǔn)。功能性絕緣是 需要允許電路正常工作。一個例子 將隔離兩個之間的不同接地電位 避免過壓情況的電路。功能的 絕緣不能提供防震保護。 提供防沖擊保護的絕緣材料是 簡稱基本絕緣或增強絕緣在 IEC標(biāo)準(zhǔn)?；窘^緣提供保護 終端設(shè)備用戶的沖擊。加強絕緣 是一個單一的絕緣系統(tǒng)，提供等于 兩個冗余的單絕緣系統(tǒng)。安全法規(guī) 經(jīng)常需要冗余的單個絕緣或 加強絕緣以保護用戶免受致命沖擊。 使用增強絕緣更實用，因為 冗余單絕緣系統(tǒng)需要電源 兩個隔離邊界。

跨越隔離柵所需的物理距離為 主要由所需的額定電壓決定，但 環(huán)境特征也起著一定的作用。二 尺寸（爬電距離和電氣間隙）用于描述 隔離距離。爬電距離最短 沿著穿過隔離柵的固體表面，而 間隙是穿過空氣的最短視線路徑 障礙。

圖2顯示了如何為一個 鷗翼式包裝，如SOIC（小輪廓） 集成電路）。一個重要的考慮因素是 包裝末端可見的金屬穩(wěn)定桿必須 從爬電距離測量中減去。

圖2.爬電距離和電氣間隙。

導(dǎo)電路徑將沿著 存在電場和電解污染物。 此過程稱為跟蹤，其特征是 比較跟蹤指數(shù) （CTI）。給定的 CTI 材料是導(dǎo)致跟蹤特定 表面上電解質(zhì)的數(shù)量。更高的 CTI 值 表明材料具有更大的耐跟蹤性，并且 將允許較低的爬電距離值。

決定爬電距離的最終特性 要求是污染水平在 環(huán)境，簡稱污染程度。環(huán)境 根據(jù)干燥量分為四組 存在污染物和冷凝。更高水平的 污染和冷凝導(dǎo)致更高的爬電距離 要求。標(biāo)準(zhǔn)中的表格用于 確定爬電距離要求一旦電壓 評級、CTI 和污染程度是已知的。

結(jié)論

電氣隔離在許多電氣系統(tǒng)中是必不可少的 設(shè)計。國際和區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng) 為確保統(tǒng)一的規(guī)格和測試而開發(fā) 隔離器組件和系統(tǒng)。有幾個 可用于實現(xiàn) 特定的系統(tǒng)要求，每個都有自己的要求 優(yōu)勢。滿足國際超集的隔離器 和區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)（包括 10 kV 浪涌測試）為以下設(shè)備供應(yīng)商提供了最大的靈活性： 滿足這些不同的要求。

審核編輯：郭婷