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?；谝陨纤龅幕救松戆踩紤]，這些隔離器必須經(jīng)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(shù)字隔離器的國際安全標準和認證。以MAX1493x系列產(chǎn)品為例，介紹設計者必須如何利用數(shù)據(jù)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(shù)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(gòu)，地區(qū)規(guī)范由諸如UL (美國)、CSA (加拿大)、VDE (德國)和CNCA (中國)等機構(gòu)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(jīng)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(jīng)演變出大量標準。最近幾年，在協(xié)調(diào)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(diào)標準滿足這些機構(gòu)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(diào)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(nèi)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(xiàn)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(diào)，IEC 60664-1(適用于低壓系統(tǒng)內(nèi)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(shù)據(jù)資料要求的術語和信息。除了少數(shù)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(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(chǎn)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(chǎn)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(shù)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(chǎn)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(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?？筛鶕?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。

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(jù)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(shù)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(shù)據(jù)至具體應用

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(jié)

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(xiàn)行IEC標準未特別提及數(shù)字隔離器，UL1577、IEC60747-5、VDE0884-10標準是數(shù)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。