淺析光電耦合器安全機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

本文介紹了電氣安全的簡(jiǎn)要介紹，這將是符合光電耦合器安全機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的基礎(chǔ)。它概述了安全機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)，安裝類別，爬電距離和電氣間隙以及該應(yīng)用的設(shè)計(jì)示例。

電氣安全導(dǎo)論

傳統(tǒng)上，與危險(xiǎn)電壓的電隔離一直是光耦合器設(shè)備的最常見(jiàn)應(yīng)用。光耦合器的其他應(yīng)用包括通過(guò)消除共模電流環(huán)路來(lái)降低EMI，該共模電流環(huán)路是高速數(shù)字系統(tǒng)中輻射發(fā)射的最大貢獻(xiàn)者。但是，在當(dāng)今的電子市場(chǎng)中，隔離仍然是光耦合器的主要角色。電氣隔離在現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)中很重要，因?yàn)樗梢宰畲蟪潭鹊亟档褪棺罱K用戶遭受危險(xiǎn)電流傷害的可能性?？赡茉斐蓚ι踔了劳龅某绷鬟h(yuǎn)低于大多數(shù)人的想象。在某些侵入性醫(yī)療操作中，低至80 μA的電流可能是致命的，可接受的安全限值為10 μA。這些閾值在圖1中概述。

觸電危險(xiǎn)等級(jí)

通常通過(guò)以下三種方法之一實(shí)現(xiàn)電氣隔離：磁性，電容或電光。這三者各有利弊。磁隔離（使用隔離變壓器）可能是最早建立的電隔離方法，以堅(jiān)固的封裝在高頻下提供高水平的隔離。與其他方法相比，這種隔離方法的缺點(diǎn)是設(shè)備占用空間大，并且僅適用于交流信號(hào)耦合。由于這些特性，磁耦合大部分限于大功率交流應(yīng)用。

磁隔離

電隔離的第二種常用方法是電容耦合。電容耦合的優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)關(guān)速度高且封裝占用空間相對(duì)較小，但是要消除次級(jí)側(cè)上的浮動(dòng)電源需求，需要大電容才能將能量從初級(jí)側(cè)傳遞到次級(jí)側(cè)。因此，由于需要有效的能量耦合，因此大大降低了該技術(shù)的電隔離值。因此，大多數(shù)電容耦合隔離方案的隔離值均為數(shù)百伏，而不是其他方法可達(dá)到的數(shù)千伏。

電容隔離

另一種潛在的隔離方法涉及使用磁阻傳感器。這些傳感器能夠檢測(cè)直流和交流磁場(chǎng)。但是，這是一項(xiàng)新興技術(shù)，容易受到來(lái)自外部外部磁場(chǎng)的感應(yīng)噪聲的影響。

光隔離具有前一種方法的許多最佳方面，而沒(méi)有缺點(diǎn)。主要是，光學(xué)隔離可提供較高的電氣隔離值，這是有效的“沙中線”屏障，危險(xiǎn)電壓無(wú)法穿透。就Vishay的耦合器而言，這些值高達(dá)8000 V，是業(yè)界最高水平。這是通過(guò)小尺寸封裝和高速實(shí)現(xiàn)的。此外，它對(duì)于交流或直流信號(hào)同樣有效。

電光隔離

安全機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)概述

有幾種廣泛接受的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可以管理電子設(shè)備的制造和測(cè)試。在北美，其中最廣為人知的是Underwriter's Laboratories（UL）。UL具有兩種基本認(rèn)證：UL認(rèn)證和UL認(rèn)可。區(qū)別很簡(jiǎn)單，但通常會(huì)引起很多混亂?？蛇x地刻在設(shè)備本身上的“ UL認(rèn)可”標(biāo)記是指已經(jīng)過(guò)UL某種程度評(píng)估的組件，并且將由UL進(jìn)行“重新審核”以正確整合到最終使用設(shè)備中。完整設(shè)備上貼有“ UL認(rèn)證”標(biāo)志。例如，一臺(tái)計(jì)算機(jī)將獲得UL認(rèn)證，而組件硬盤驅(qū)動(dòng)器將成為UL認(rèn)可的部件。如下頁(yè)所示，

UL認(rèn)證/ UL認(rèn)可

UL對(duì)所有已經(jīng)制造或可能制造的產(chǎn)品都有安全標(biāo)準(zhǔn)；但是，為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，這些標(biāo)準(zhǔn)可以分為兩類：系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和組件標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)不在本文檔的討論范圍之內(nèi)?？梢哉f(shuō)，在電子行業(yè)中，最普遍適用的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)是UL60950，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了各種信息技術(shù)設(shè)備（ITE）的電氣安全要求。除信息技術(shù)外，還有一些標(biāo)準(zhǔn)涉及產(chǎn)品電氣安全的其他特殊領(lǐng)域。光耦合器設(shè)計(jì)特別令人關(guān)注的是IEC 60601-1，它控制著醫(yī)療設(shè)備的安全性。IEC 60601-1由全球醫(yī)療領(lǐng)域的人員制定，它是許多國(guó)家/地區(qū)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（例如美國(guó)的UL2601-1）的基礎(chǔ)。同樣，UL 60950基于國(guó)際生成的IEC 60950，并由于美國(guó)獨(dú)特的國(guó)家條件（包括國(guó)家電氣法規(guī)（NEC））而進(jìn)行了更改。

歐盟采用基于IEC的版本作為EN60950。與所有組件一樣，光耦合器不一定需要滿足所有特定的最終用途系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，例如IEC 609050或IEC 60601-1。在嘗試滿足任何特定的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，重要的是要知道哪些組件參數(shù)會(huì)造成設(shè)計(jì)限制。為了安全起見(jiàn)，這些參數(shù)包括爬電距離（沿表面），間隙（通過(guò)空氣）距離，最大隔離電壓和絕緣厚度。在大多數(shù)情況下，本文檔將處理專門涉及光耦合器制造和測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)。這些內(nèi)容涵蓋兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，UL1577和IEC 60747-5-1，這些標(biāo)準(zhǔn)合并并取代了較早的DIN EN 60747-5-5。

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