数字隔离器为加强绝缘设定了标准

光耦合器传统上用于隔离 许多类型的电气中的潜在危险电压 设备。如今，更现代的数字隔离器基于 变压器或电容耦合被广泛使用。 基于变压器的数字隔离器具有许多优点，例如 作为改进的性能，集成的功能，降低 功耗、更好的长期可靠性以及 提高了易用性。

出于多种原因，可能需要隔离。它允许 不同接地时电路工作正常 使用基准电压或电源电压。设备操作员 或必须保护医疗患者免受电击或 长期系统运行期间的危险电流。 由于电气原因对敏感和/或昂贵的系统造成损坏 必须防止电涌（如雷击）。

随着时间的推移，国家和国际标准 以提供统一规范为目标而开发 以及使用隔离器和电气系统的测试 隔离。安全认证可以在以下两个方面获得： 组件级别和终端系统，以及认证 世界不同地区的要求可能有所不同，甚至 当引用相同的基本安全标准时。隔离 满足安全标准规范的超集提供 设备供应商在满足这些要求方面具有最大的灵活性 不同的要求。

 

	家庭	工业	信息技术	测量与控制	医疗	电信
国际	IEC 60065	IEC 60204	IEC 60950	IEC 61010-1	IEC 60601	IEC 60950
德国	VDE 860		EN 60950	VDE 410/0411	VDE 0750	VDE 0804
美国	UL 60065	UL 508， UL 60947	UL 60950	UL 61010	UL 60601	UL 60950
加拿大		加电。14-10	CSA 60950	CSA 61010	CSA 601	CSA 60950

 

需要电气隔离的原因有很多 在电气系统中。最明显也是最关键的—— 是保护人类操作员免受潜在致命伤害 冲击。电击危险可能来自主电源 设备插入或从高压插入 在存储模块内生成。增强绝缘等级 当人类受到保护时是必需的 潜在的致命性休克。

在大型工业环境中可能存在潜在差异 在物理上分离的接地点之间，可能会产生 不需要的电流。接地环路也会导致噪声 并在系统中嗡嗡作响。

高可靠性或高可用性系统通常需要 控制单个电路故障，以便整体 系统操作不会受到超出可接受水平的损害。 隔离可用于这些系统以包含故障，因此 相邻电路仍可运行。

电气系统的不同部分可能具有 未引用的理由或引用到不相关的高边 电源电压，再次导致需要隔离。 最后，电路特定部分的噪声可能需要 被遏制以消除对敏感 电子学。

安全标准

国际电工委员会 （IEC） 发布多项与 电气安全，而国家机构，如保险商 美国实验室 （UL） 和 Verband der Elektrotechnik （VDE） 在德国发布区域规范。测试 并且由几个提供标准认证 实体，包括 UL、VDE、加拿大标准 协会（CSA）和Technischer Überwachungs-Verein （TÜV）在德国。选择哪种认证 获取取决于组件或系统的销售区域以及最终用户。在某些情况下，a 设备供应商可能需要向IEC认证 来自特定公司（例如，TÜV）的标准甚至 如果已经通过了同一标准的认证 通过其他机构（如 CSA）获得。这是 有时基于偏好或以前的经验，但 认证级别也可能存在差异 推动这些需求。

标准机构一直在努力协调 简化国际和区域文件 认证过程。这是一个缓慢的过程，因为 标准的数量和复杂性。直到这是 实现，组件供应商最好满足 各种要求的超集，以提供最大的 终端设备全球销售的灵活性。

使情况进一步复杂化的事实是，存在 用于隔离的系统级和组件级标准。 与应用最相关的系统级标准 需要隔离的是：

此方法提供了一个系统隔离规范，该规范 向向组件级别。系统要求是 用于定义个人的隔离特性 组成系统的部件。遵循系统 标准应在最终中产生已知的安全水平 系统设计。

适用于特定隔离组件的标准是

IEC 60747：半导体器件—第1部分：概述

UL 1577：光隔离器标准

VDE 0884-10：半导体器件-磁性和 用于安全隔离的电容耦合器

这些标准证明数字隔离器组件 符合特定的安全要求，但不能保证 整个系统的隔离级别。确定 单个数字隔离器的适用性留给系统 设计师基于整体安全要求。

另一个考虑因素是各种参数如何 由每个机构处理。例如，UL 1577 文档 达到爬电距离和间隙，并验证生存能力 指定的耐压。没有具体的 爬电距离或电气间隙要求，只要 组件通过测试。另一方面，IEC 60950 规定了特定的爬电距离和电气间隙要求 基于工作电压。无论 测试结果。

编写了一些组件级标准 专门用于使用光通信的产品 跨越隔离墙。这些产品被称为 光耦合器，已经使用了一段时间，并且 受 IEC 60747 和 UL 1577 标准的约束。摩登 使用变压器或电容耦合的数字隔离器 跨越隔离栅现在被广泛用作 光耦合器的替代品。标准机构有 开始孤立地赶上技术变革 产品。例如，VDE 0884-10于2006年发布至 解决使用基于变压器和 电容隔离。IEC目前正在努力 协调这些标准。

几种物理和电气隔离器特性是 在各种安全标准中指定。绝缘 组件的属性以及物理 包装和绝缘屏障的尺寸为 指定以承受特定的电压应力。 根据大小和 期间。

工作电压

工作电压是连续的直流或交流电压，其 组件被指定为在其生命周期内经久耐用。国际电工委员会 60950 规定了工作电压的三个级别：250 V有效值, 320 V有效值和 400 V有效值.

耐压

耐压（也称为隔离电压）是一种 组件将持续一段时间的过压情况 到一分钟。UL 1577 耐压额定值为 1 kV有效值, 2.5 千伏有效值， 3.5 kV有效值和 5 kV有效值很常见。

浪涌电压

浪涌电压定义了重复一系列 持续时间短的高压脉冲（见图1）。隔离器 必须通过 10 kV 浪涌电压测试才能实现增强 绝缘等级符合 VDE 0884-10 规范。这 通过此测试的能力主要取决于 绝缘厚度（也称为通过距离 绝缘或DTI）和绝缘材料的质量。 外加电场倾向于集中在缺陷处 绝缘子内的点，因此缺陷密度更低 通常会导致更高的击穿评级。厚 材料更耐击穿，因为场强与 绝缘体两侧的导体。

图1.浪涌电压波形。

光耦合器通常满足这一要求，因为 DTI 通常为 400 μm，这减少了 绝缘质量对击穿特性的影响。只是 放，绝缘太厚了，高质量的材料是 不需要通过 10 kV 测试。基于变压器 数字隔离器采用高质量的20 μm聚酰亚胺层 存放在洁净室环境中。由于这种材料 缺陷水平远低于注塑成型 光耦合器中使用的环氧树脂，更薄的层仍然可以 满足 10 kV 要求。电容式隔离器还使用 高质量绝缘层，在这种情况下是二氧化硅 （二氧化硅2），在晶圆制造过程中沉积。二氧化硅 具有高介电强度，但通常不能沉积 在非常厚的层中，不会产生机械应力 在电影中。更厚的碳化硅2还降低了电容， 这反过来又降低了整个 障碍。因此，电容隔离器通常不会 通过 10 kV 浪涌测试，因此无法通过 VDE作为增强绝缘材料。

电压电平可以指定为峰值电压或均方根 条款，因此必须特别注意其中的细节 每个标准。

物理和环境影响

在 安全标准。功能性绝缘是 需要允许电路正常工作。一个例子 将隔离两个之间的不同接地电位 避免过压情况的电路。功能的 绝缘不能提供防震保护。 提供防冲击保护的绝缘材料是 简称基本绝缘或增强绝缘在 IEC标准。基本绝缘提供保护 终端设备用户的冲击。加强绝缘 是一个单一的绝缘系统，提供等于 两个冗余的单绝缘系统。安全法规 经常需要冗余的单个绝缘或 加强绝缘以保护用户免受致命冲击。 使用增强绝缘更实用，因为 冗余单绝缘系统需要电源 两个隔离边界。

跨越隔离栅所需的物理距离为 主要由所需的额定电压决定，但 环境特征也起着一定的作用。二 尺寸（爬电距离和电气间隙）用于描述 隔离距离。爬电距离最短 沿着穿过隔离栅的固体表面，而 间隙是穿过空气的最短视线路径 障碍。

图2显示了如何为一个 鸥翼式包装，如SOIC（小轮廓） 集成电路）。一个重要的考虑因素是 包装末端可见的金属稳定杆必须 从爬电距离测量中减去。

图2.爬电距离和电气间隙。

导电路径将沿着 存在电场和电解污染物。 此过程称为跟踪，其特征是 比较跟踪指数 （CTI）。给定的 CTI 材料是导致跟踪特定 表面上电解质的数量。更高的 CTI 值 表明材料具有更大的耐跟踪性，并且 将允许较低的爬电距离值。

决定爬电距离的最终特性 要求是污染水平在 环境，简称污染程度。环境 根据干燥量分为四组 存在污染物和冷凝。更高水平的 污染和冷凝导致更高的爬电距离 要求。标准中的表格用于 确定爬电距离要求一旦电压 评级、CTI 和污染程度是已知的。

结论

电气隔离在许多电气系统中是必不可少的 设计。国际和区域标准已经 为确保统一的规格和测试而开发 隔离器组件和系统。有几个 可用于实现 特定的系统要求，每个都有自己的要求 优势。满足国际超集的隔离器 和区域标准（包括 10 kV 浪涌测试）为以下设备供应商提供了最大的灵活性： 满足这些不同的要求。

审核编辑：郭婷