淺析光電耦合器安全機構設計準則

本文介紹了電氣安全的簡要介紹，這將是符合光電耦合器安全機構設計準則的基礎。它概述了安全機構的標準，安裝類別，爬電距離和電氣間隙以及該應用的設計示例。

電氣安全導論

傳統上，與危險電壓的電隔離一直是光耦合器設備的最常見應用。光耦合器的其他應用包括通過消除共模電流環路來降低EMI，該共模電流環路是高速數字系統中輻射發射的最大貢獻者。但是，在當今的電子市場中，隔離仍然是光耦合器的主要角色。電氣隔離在現代電子設計中很重要，因為它可以最大程度地降低使最終用戶遭受危險電流傷害的可能性?？赡茉斐蓚ι踔了劳龅某绷鬟h低于大多數人的想象。在某些侵入性醫療操作中，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。

觸電危險等級

通常通過以下三種方法之一實現電氣隔離：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是設備占用空間大，并且僅適用于交流信號耦合。由于這些特性，磁耦合大部分限于大功率交流應用。

磁隔離

電隔離的第二種常用方法是電容耦合。電容耦合的優點是開關速度高且封裝占用空間相對較小，但是要消除次級側上的浮動電源需求，需要大電容才能將能量從初級側傳遞到次級側。因此，由于需要有效的能量耦合，因此大大降低了該技術的電隔離值。因此，大多數電容耦合隔離方案的隔離值均為數百伏，而不是其他方法可達到的數千伏。

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直流和交流磁場。但是，這是一項新興技術，容易受到來自外部外部磁場的感應噪聲的影響。

光隔離具有前一種方法的許多最佳方面，而沒有缺點。主要是，光學隔離可提供較高的電氣隔離值，這是有效的“沙中線”屏障，危險電壓無法穿透。就Vishay的耦合器而言，這些值高達8000 V，是業界最高水平。這是通過小尺寸封裝和高速實現的。此外，它對于交流或直流信號同樣有效。

電光隔離

安全機構標準概述

有幾種廣泛接受的行業標準可以管理電子設備的制造和測試。在北美，其中最廣為人知的是Underwriter's Laboratories（UL）。UL具有兩種基本認證：UL認證和UL認可。區別很簡單，但通常會引起很多混亂?？蛇x地刻在設備本身上的“ UL認可”標記是指已經過UL某種程度評估的組件，并且將由UL進行“重新審核”以正確整合到最終使用設備中。完整設備上貼有“ UL認證”標志。例如，一臺計算機將獲得UL認證，而組件硬盤驅動器將成為UL認可的部件。如下頁所示，

UL認證/ UL認可

UL對所有已經制造或可能制造的產品都有安全標準；但是，為了簡化起見，這些標準可以分為兩類：系統標準和組件標準。系統標準不在本文檔的討論范圍之內?？梢哉f，在電子行業中，最普遍適用的系統標準是UL60950，該標準規范了各種信息技術設備（ITE）的電氣安全要求。除信息技術外，還有一些標準涉及產品電氣安全的其他特殊領域。光耦合器設計特別令人關注的是IEC 60601-1，它控制著醫療設備的安全性。IEC 60601-1由全球醫療領域的人員制定，它是許多國家/地區的國家標準（例如美國的UL2601-1）的基礎。同樣，UL 60950基于國際生成的IEC 60950，并由于美國獨特的國家條件（包括國家電氣法規（NEC））而進行了更改。

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標準，例如IEC 609050或IEC 60601-1。在嘗試滿足任何特定的系統標準時，重要的是要知道哪些組件參數會造成設計限制。為了安全起見，這些參數包括爬電距離（沿表面），間隙（通過空氣）距離，最大隔離電壓和絕緣厚度。在大多數情況下，本文檔將處理專門涉及光耦合器制造和測試的標準。這些內容涵蓋兩個標準，UL1577和IEC 60747-5-1，這些標準合并并取代了較早的DIN EN 60747-5-5。

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