讓隔離安全標準為您所用

在本文中，我們將研究使用IEC（國際電氣委員會）安全標準的有效方法，通過找出數百個可用標準中可能適用于問題的標準來探索設計的極限。IEC的標準和支持文檔被視為設計師的負擔，但如果您對它們包含的內容，如何查找和使用它們以及最重要的是從哪里開始有一些了解，它們實際上可以成為一筆巨大的資產。我們將展示如何使用來自各種安全機構的免費信息構建標準之間關系的地圖。

設計工程師是一群富有創造力的人。在尺寸、成本和性能的限制下優化電子設計，就像在可用油漆顏色和畫布類型的限制下繪制肖像一樣多。設計工程師的托盤是一系列可用的組件和最新的建筑理念，可以與原創貢獻相結合，創造出以前從未建造過的東西。成功的衡量標準是設計的簡單和優雅。不幸的是，沒有什么能打破設計的簡單性和優雅性，就像必須遵守300頁的安全規則手冊一樣，充滿了指導方針，這些指導方針似乎并不總是有明確的推理。工程師似乎在兩個極端之間的連續統一體上處理安全標準。

一個極端

第一個極端是一個工程師，他知道一些通過飲水機對話獲得的安全規則。這位工程師一頭扎進去，做出了最優雅的設計，允許這幾個經驗法則，并希望在原型被送去進行安全認證時做到最好。這對于創新非常有用，但當必須重新設計設計以使其符合適當的標準時，成本很高?；蛘吒愀獾氖?，不安全的東西會通過認證過程并對最終客戶造成傷害。

第二個極端來自設計文化，在這種文化中，產品安全在設計中根深蒂固，以至于扼殺了創新。每個設計都基于以前的設計，并且經過驗證的安全技術從一個設計到另一個設計保持不變。這種方法通常會產生安全的產品，但將設計封閉在新的或改進的做事方式上，并將創造力限制在項目的一小部分。這對設計師來說是安全的，但并不令人滿意，并且為制造突破性產品制造障礙，從而將自己與競爭對手區分開來。例如，通過應用IEC 60112中規定的比較漏電起痕指數測試，可以實現隔離組件的較小外形尺寸。將封裝材料表征為更高的 CTI 等級可以將封裝的爬電距離要求從 8 mm 降低到低至 4 mm，從而將元件尺寸縮小兩倍或更多。這可以縮小PCB的整個隔離邊界，并減小整體應用尺寸。如果設計人員可以通過對標準進行一些研究來找到如何實現它們，則可以使用這種優化。

為了在這些極端之間取得平衡，設計人員有必要瀏覽安全標準并評估出現的組件和創新技術。但這些標準可能是難以理解和壓倒性的。

使用最廣泛的標準集由IEC開發和維護，IEC提供了數百種適用于全球的安全和兼容性標準。但是，設計師如何知道必須購買、閱讀和應用哪些標準呢？這些標準都不是免費提供的，許多公司沒有專門的員工來協調安全標準。

尋找解決方案

解決此問題的一種簡單方法是，設計組織確定應用程序和行業的頂級系統標準，購買它，并嘗試從中理解。這并不總是像人們想象的那么簡單。系統級標準代表了多年應用于產品預期用途的系統安全經驗的提煉。這些標準每隔幾年更新一次，以反映特定領域的最新技術水平。標準本身由行業領導者、學者和安全認證機構組成的委員會制定和維護。系統級標準通常是非常大的文檔，長達 600 頁，因為它們包含足夠的細節，無需購買額外的文檔即可做出大多數設計和測試決策。然而，每個系統級標準背后都有豐富的信息，可以闡明需求背后的思維過程，闡明標準的潛在靈活性及其背后的思維。

IEC標準相互關系的映射可以揭示系統級標準中未明確反映的內容。

通過參考圖 1，考慮可以從標準的文檔預覽中收集到的內容的示例。它是信息技術系統級標準IEC 60950的“規范參考”地圖。規范性參考文獻是被認為對某一主題具有權威性的標準或文件，并且被認為對參考標準的應用是必不可少的。為了使圖表足夠簡單，不需要折疊，我們將范圍限制為與隔離相關的主題。文檔按其主要功能和在文檔層次結構中的大致位置分為幾類。

圖1.支持IEC 60950絕緣的文檔網絡。

其中包括：

系統和零件標準 — 代表探索的起點

協調文檔 - 解決特定類型的安全問題，以便可以通過多個系統級標準訪問該問題

測試方法——編纂如何評估安全性的某些方面，以確保一致和可比較的結果

教學文檔 - 解釋分析技術和設計指南

分類文檔 — 將材料和環境分解為行業商定的分組

這些文檔類型中的每一種都經過了顏色編碼，以突出顯示相互關系。檢查圖 1 揭示了文檔之間關系的基本結構。系統標準調用協調文檔，協調文檔又調用測試方法，然后是信息文檔，最后是分類文檔。這些關系不是刻在石頭上的，但通常這是出現的模式。它們可以是由系統級標準直接調用的獨立文檔，也可以是鏈接引用的網絡。

在本例中，我們從 IEC 60950（信息技術標準）開始，這是許多應用類型中最常用的標準之一。請注意，此系統標準調用其他系統和零件標準，因為：

它們具有共同的絕緣要求

設備可用作子系統，例如開關設備，IEC 60947

光耦合器等常用安全元件有自己的安全標準IEC 60747-5

這些參考的子系統或組件中的每一個都可以根據自己的標準進行獨立認證，從而可以簡單地集成到更大的系統中，而無需冗余分析和測試。另一個需要注意的事項是，IEC 60950認證本身被用作醫療器械認證IEC 60601的一部分，因此它完全進入另一個系統級標準。每個系統級標準都調用其自己的支持文檔網絡，此處未顯示，但由大箭頭指示。

IEC 60950的絕緣要求幾乎完全來自IEC 60664絕緣協調文件。如前所述，這允許許多系統級標準將整個絕緣分析一起引用。再往上走，我們來看看測試方法、信息文檔和分類文檔。

讓我們看看如何利用可用的IEC追索權文檔的知識來深入研究一個常見問題。在安全系統的開發過程中，很明顯，我們想知道我們的絕緣系統將持續多長時間以及該壽命有什么影響。查看IEC 60950系統標準并不能就該主題提供太多指導。對厚度和距離有許多要求，但不清楚什么與系統的壽命有關，以及什么打算處理瞬變。也沒有關于如何根據這些要求衡量系統壽命的指導。

檢查圖1中的地圖，可以看到左上象限中涉及絕緣擊穿和耐久性的區域。這是從主系統標準中刪除的幾個步驟，在許多情況下，這意味著當其信息反映在系統標準中時，指南和背景已與其他要求合并。

要回到底層的測試和分析技術，需要獲得一兩個低級標準，在這種情況下：

IEC 61251—電絕緣材料—交流耐壓性—簡介

IEC 62539—電氣絕緣擊穿數據統計分析指南

處理完這兩個文件后，可以回答絕緣壽命問題，或者可以確定確定新材料壽命的適當測試。在設計早期獲得這些信息可以指導材料的選擇和使用，從長遠來看可以節省時間和金錢。探索IEC標準網絡可以快速訪問這些豐富的信息。

擁有此文檔映射對于跟蹤IEC甚至ISO系統中的適當資源非常有用（ISO文檔也被引用，但此處未顯示），但是這些映射不容易找到或創建。在本例中，我們花時間構建了它，但它并不要求我們實際擁有任何這些文檔來構建圖 1。IEC網站允許預覽幾乎所有IEC標準，包括目錄，文檔范圍和規范性參考。這足以知道任何特定標準涵蓋的內容以及它引用的其他標準。該地圖是使用這些免費預覽構建的，可以自信地識別特定標準。在構建這種類型的地圖上投入時間是非常值得的。

審核編輯：郭婷