光耦合器傳統上用于隔離 許多類型的電氣中的潛在危險電壓 設備。如今，更現代的數字隔離器基于 變壓器或電容耦合被廣泛使用。 基于變壓器的數字隔離器具有許多優點，例如 作為改進的性能，集成的功能，降低 功耗、更好的長期可靠性以及 提高了易用性。

出于多種原因，可能需要隔離。它允許 不同接地時電路工作正常 使用基準電壓或電源電壓。設備操作員 或必須保護醫療患者免受電擊或 長期系統運行期間的危險電流。 由于電氣原因對敏感和/或昂貴的系統造成損壞 必須防止電涌（如雷擊）。

隨著時間的推移，國家和國際標準 以提供統一規范為目標而開發 以及使用隔離器和電氣系統的測試 隔離。安全認證可以在以下兩個方面獲得： 組件級別和終端系統，以及認證 世界不同地區的要求可能有所不同，甚至 當引用相同的基本安全標準時。隔離 滿足安全標準規范的超集提供 設備供應商在滿足這些要求方面具有最大的靈活性 不同的要求。

需要電氣隔離的原因有很多 在電氣系統中。最明顯也是最關鍵的—— 是保護人類操作員免受潛在致命傷害 沖擊。電擊危險可能來自主電源 設備插入或從高壓插入 在存儲模塊內生成。增強絕緣等級 當人類受到保護時是必需的 潛在的致命性休克。

在大型工業環境中可能存在潛在差異 在物理上分離的接地點之間，可能會產生 不需要的電流。接地環路也會導致噪聲 并在系統中嗡嗡作響。

高可靠性或高可用性系統通常需要 控制單個電路故障，以便整體 系統操作不會受到超出可接受水平的損害。 隔離可用于這些系統以包含故障，因此 相鄰電路仍可運行。

電氣系統的不同部分可能具有 未引用的理由或引用到不相關的高邊 電源電壓，再次導致需要隔離。 最后，電路特定部分的噪聲可能需要 被遏制以消除對敏感 電子學。

安全標準

國際電工委員會 （IEC） 發布多項與 電氣安全，而國家機構，如保險商 美國實驗室 （UL） 和 Verband der Elektrotechnik （VDE） 在德國發布區域規范。測試 并且由幾個提供標準認證 實體，包括 UL、VDE、加拿大標準 協會（CSA）和Technischer überwachungs-Verein （TüV）在德國。選擇哪種認證 獲取取決于組件或系統的銷售區域以及最終用戶。在某些情況下，a 設備供應商可能需要向IEC認證 來自特定公司（例如，TüV）的標準甚至 如果已經通過了同一標準的認證 通過其他機構（如 CSA）獲得。這是 有時基于偏好或以前的經驗，但 認證級別也可能存在差異 推動這些需求。

標準機構一直在努力協調 簡化國際和區域文件 認證過程。這是一個緩慢的過程，因為 標準的數量和復雜性。直到這是 實現，組件供應商最好滿足 各種要求的超集，以提供最大的 終端設備全球銷售的靈活性。

使情況進一步復雜化的事實是，存在 用于隔離的系統級和組件級標準。 與應用最相關的系統級標準 需要隔離的是：

此方法提供了一個系統隔離規范，該規范 向向組件級別。系統要求是 用于定義個人的隔離特性 組成系統的部件。遵循系統 標準應在最終中產生已知的安全水平 系統設計。

適用于特定隔離組件的標準是

IEC 60747：半導體器件—第1部分：概述

UL 1577：光隔離器標準

VDE 0884-10：半導體器件-磁性和 用于安全隔離的電容耦合器

這些標準證明數字隔離器組件 符合特定的安全要求，但不能保證 整個系統的隔離級別。確定 單個數字隔離器的適用性留給系統 設計師基于整體安全要求。

另一個考慮因素是各種參數如何 由每個機構處理。例如，UL 1577 文檔 達到爬電距離和間隙，并驗證生存能力 指定的耐壓。沒有具體的 爬電距離或電氣間隙要求，只要 組件通過測試。另一方面，IEC 60950 規定了特定的爬電距離和電氣間隙要求 基于工作電壓。無論 測試結果。

編寫了一些組件級標準 專門用于使用光通信的產品 跨越隔離墻。這些產品被稱為 光耦合器，已經使用了一段時間，并且 受 IEC 60747 和 UL 1577 標準的約束。摩登 使用變壓器或電容耦合的數字隔離器 跨越隔離柵現在被廣泛用作 光耦合器的替代品。標準機構有 開始孤立地趕上技術變革 產品。例如，VDE 0884-10于2006年發布至 解決使用基于變壓器和 電容隔離。IEC目前正在努力 協調這些標準。

幾種物理和電氣隔離器特性是 在各種安全標準中指定。絕緣 組件的屬性以及物理 包裝和絕緣屏障的尺寸為 指定以承受特定的電壓應力。 根據大小和 期間。

工作電壓

工作電壓是連續的直流或交流電壓，其 組件被指定為在其生命周期內經久耐用。國際電工委員會 60950 規定了工作電壓的三個級別：250 V有效值, 320 V有效值和 400 V有效值.

耐壓

耐壓（也稱為隔離電壓）是一種 組件將持續一段時間的過壓情況 到一分鐘。UL 1577 耐壓額定值為 1 kV有效值, 2.5 千伏有效值， 3.5 kV有效值和 5 kV有效值很常見。

浪涌電壓

浪涌電壓定義了重復一系列 持續時間短的高壓脈沖（見圖1）。隔離器 必須通過 10 kV 浪涌電壓測試才能實現增強 絕緣等級符合 VDE 0884-10 規范。這 通過此測試的能力主要取決于 絕緣厚度（也稱為通過距離 絕緣或DTI）和絕緣材料的質量。 外加電場傾向于集中在缺陷處 絕緣子內的點，因此缺陷密度更低 通常會導致更高的擊穿評級。厚 材料更耐擊穿，因為場強與 絕緣體兩側的導體。

圖1.浪涌電壓波形。

光耦合器通常滿足這一要求，因為 DTI 通常為 400 μm，這減少了 絕緣質量對擊穿特性的影響。只是 放，絕緣太厚了，高質量的材料是 不需要通過 10 kV 測試。基于變壓器 數字隔離器采用高質量的20 μm聚酰亞胺層 存放在潔凈室環境中。由于這種材料 缺陷水平遠低于注塑成型 光耦合器中使用的環氧樹脂，更薄的層仍然可以 滿足 10 kV 要求。電容式隔離器還使用 高質量絕緣層，在這種情況下是二氧化硅 （二氧化硅2），在晶圓制造過程中沉積。二氧化硅 具有高介電強度，但通常不能沉積 在非常厚的層中，不會產生機械應力 在電影中。更厚的碳化硅2還降低了電容， 這反過來又降低了整個 障礙。因此，電容隔離器通常不會 通過 10 kV 浪涌測試，因此無法通過 VDE作為增強絕緣材料。

電壓電平可以指定為峰值電壓或均方根 條款，因此必須特別注意其中的細節 每個標準。

物理和環境影響

在 安全標準。功能性絕緣是 需要允許電路正常工作。一個例子 將隔離兩個之間的不同接地電位 避免過壓情況的電路。功能的 絕緣不能提供防震保護。 提供防沖擊保護的絕緣材料是 簡稱基本絕緣或增強絕緣在 IEC標準。基本絕緣提供保護 終端設備用戶的沖擊。加強絕緣 是一個單一的絕緣系統，提供等于 兩個冗余的單絕緣系統。安全法規 經常需要冗余的單個絕緣或 加強絕緣以保護用戶免受致命沖擊。 使用增強絕緣更實用，因為 冗余單絕緣系統需要電源 兩個隔離邊界。

跨越隔離柵所需的物理距離為 主要由所需的額定電壓決定，但 環境特征也起著一定的作用。二 尺寸（爬電距離和電氣間隙）用于描述 隔離距離。爬電距離最短 沿著穿過隔離柵的固體表面，而 間隙是穿過空氣的最短視線路徑 障礙。

圖2顯示了如何為一個 鷗翼式包裝，如SOIC（小輪廓） 集成電路）。一個重要的考慮因素是 包裝末端可見的金屬穩定桿必須 從爬電距離測量中減去。

圖2.爬電距離和電氣間隙。

導電路徑將沿著 存在電場和電解污染物。 此過程稱為跟蹤，其特征是 比較跟蹤指數 （CTI）。給定的 CTI 材料是導致跟蹤特定 表面上電解質的數量。更高的 CTI 值 表明材料具有更大的耐跟蹤性，并且 將允許較低的爬電距離值。

決定爬電距離的最終特性 要求是污染水平在 環境，簡稱污染程度。環境 根據干燥量分為四組 存在污染物和冷凝。更高水平的 污染和冷凝導致更高的爬電距離 要求。標準中的表格用于 確定爬電距離要求一旦電壓 評級、CTI 和污染程度是已知的。

結論

電氣隔離在許多電氣系統中是必不可少的 設計。國際和區域標準已經 為確保統一的規格和測試而開發 隔離器組件和系統。有幾個 可用于實現 特定的系統要求，每個都有自己的要求 優勢。滿足國際超集的隔離器 和區域標準（包括 10 kV 浪涌測試）為以下設備供應商提供了最大的靈活性： 滿足這些不同的要求。

審核編輯：郭婷