數據隔離器中的增強絕緣經過設計和認證，可提供雙絕緣系統的保護，同時提供單個隔離柵提供的數據傳輸性能。

觸電安全的主要原則是，在危險通電的電路和電氣設備用戶可以接觸到的任何導體之間必須有兩個等效的獨立絕緣系統。這些絕緣系統之一可以是與單層內部絕緣配對的安全接地外殼。另一種方法是使用兩個排列的絕緣系統來提供冗余保護。因此，使用雙重絕緣方法的復雜電氣系統需要在兩層絕緣層之間進行電氣隔離通信，而不會損失信號完整性。這就產生了對具有兩個冗余絕緣系統同等電氣強度和可靠性的設備的需求。這被稱為增強絕緣裝置，它依賴于結構、型式測試和生產中連續監測的組合，以確保與兩個獨立系統的安全等效性。

我們將根據IEC 60950和相關IEC 60747-5-5和VDE-0884-10標準的結構和測試要求，以及兩種隔離器與其他公認的IEC標準的差異，研究光耦合器和數字隔離器如何實現增強絕緣。

安全隔離

現代系統需要隔離的原因有很多：與電池充電系統或電機驅動器中的高端組件通信，斷開通信系統中的接地環路，或保護用戶免受危險的線路或次級電壓的影響。隔離級別由特定應用所需的安全級別決定。功能隔離不為用戶提供保護，僅提供組件正常運行所需的絕緣。基本絕緣提供一定程度的防震絕緣，如果絕緣完全完好，足以保護操作員。但是，為了保護人員免受危險電壓的影響，法規要求存在兩個獨立的絕緣系統：用于防震的基本絕緣，以及一個補充層，以便在故障破壞一個絕緣系統時，冗余系統仍將為操作員提供安全。這種類型的布置稱為雙重絕緣。在評估絕緣系統時，主要要求是安全性，而不是電氣功能，因此評估期間的故障標準是隔離柵在認證后是否完好無損——如果零件仍然按照原始規格運行，這是一個額外的好處。

增強絕緣系統的一個例子是電源中的反饋控制回路。有關當前輸出電壓電平的信息必須從AC-DC轉換器的SELV（安全超低電壓）側流向電源的線路側。操作員可以與電源的 SELV 側接觸，因此數據路徑中必須存在兩個獨立的隔離系統或一個增強絕緣系統，以保護操作員免受沖擊。電阻或電容等無源元件可以串聯運行，而不會顯著降低功能，但由于多種原因，將兩個數據隔離器放入路徑中是不切實際的。首先，模擬數據會失去保真度，數字數據會有很長的傳播延遲和增加的抖動。其次，這將產生對中間電源的需求，以運行兩層隔離之間的耦合器接口。將數據隔離設備加倍的不切實際性導致需要單個組件直接跨越雙絕緣邊界連接而不會犧牲安全性。這種類型的組件（圖1）被歸類為具有增強絕緣。

圖1.

組件級別要求

組件增強絕緣以兩種方式進行評估：組件的外部尺寸，例如爬電距離、間隙和漏電起痕指數;和內部電氣性能。內部和外部需求以非常不同的方式處理。

爬電距離是電隔離導電結構（如元件引腳）之間沿元件表面的最短距離。間隙是組件中隔離導電結構之間的最短距離，但它不受表面的限制，因此路徑可以跳過凹槽并懸掛在脊上。在簡單的幾何形狀中，爬電距離和電氣間隙路徑通常是相同的。該圖顯示了JEDEC標準SOIC的爬電距離路徑，因為這種封裝方式用于許多隔離器件。對于這種封裝方式，爬電距離和電氣間隙具有相同的路徑和長度。爬電距離始終大于或等于電氣間隙。對絕緣等級至關重要的組件的另一個外部特性是比較漏電起痕指數 （CTI）。這是衡量絕緣材料在放電下侵蝕的難易程度的指標。較高的跟蹤電壓將允許更小的爬電距離，同時仍保持安全性。

外部尺寸必須等于雙層絕緣系統的基本層和補充層提供的總距離。通常，增強型組件的所有爬電距離和電氣間隙要求都是基本/補充額定組件的兩倍。圖2顯示了兩種常見工作條件以及所需的爬電距離和電氣間隙的示例。采用這種方法是因為外部環境和表面屬性決定了外部間距要求。這些包括預期的污染物量、氣壓以及組件外表面被表面放電侵蝕的趨勢，稱為跟蹤。

圖2.

對于組件的內部性能，絕緣的質量比具有特定數量或厚度的絕緣更重要。制造商可以證明該部件具有承受長期和短期電壓應力所需的電氣性能。

IEC 60950標準的要求適用于辦公和電信設備，在很大程度上適用于醫療設備。外部尺寸和材料很容易用千分尺和一些散裝材料測試來驗證跟蹤指數。對于內部要求，有三種方法可以限定組件。

可以對組件進行評估，就好像它只包含固體絕緣材料一樣。這是最簡單的方法，因為它要求通過絕緣層或沿膠結接頭的所有內部距離都大于0.4mm。無需進一步的型式試驗。但是，很難制造出滿足這些要求的高性能數據耦合器。人們普遍認為，0.4 mm的最小絕緣厚度適用于所有增強型隔離裝置;事實并非如此，這是許多工程師的困惑點。

如果元件是光耦合器，則必須采用IEC 60747-5-5標準。這是一個嚴格的標準，專門設計用于鑒定光耦合器的增強絕緣，并具有一系列型式測試和壽命測試，并在每次測試后進行隔離耐受驗證測試。

該元件可被視為半導體器件。此類設備具有一組類似于IEC 60747-5-5要求的型式測試。數字隔離器采用這種方法，因為光耦合器標準的測試要求是專門針對光耦合器結構量身定制的。

強化評級的鑒定和維護分三個階段完成。

評估材料和尺寸，并進行電氣型式測試。測試包括熱循環、有限壽命測試以及可能導致加熱或災難性絕緣故障的電氣過應力。在每個環境或測試之后，通過耐壓測試來檢查隔離的完整性。IEC 60747型式試驗總結在表1中。

在根據其尺寸和型式測試批準零件后，通過耐壓測試制造每個設備的絕緣完整性。在IEC 60747-5-5或同等認證的情況下，還會對每個設備進行局部放電絕緣質量測試。

認證機構進行定期審核，以驗證材料組和尺寸沒有改變，以及所有裝配線測試是否使用校準設備正確進行。一些型式試驗定期在樣品的基礎上重復，并由審核員審查。

隔離要求的趨勢

之前的討論圍繞應用最廣泛的標準之一展開。不同的標準在組件級別可能有不同的要求。它甚至在單個標準中因版本而異。隨著IEC趨向于統一方法，這變得越來越不成問題。這可能需要大量時間才能實現，因為各個標準委員會仍然具有很大的獨立性。系統級標準應用的統一趨勢是可用性組件級標準，例如IEC 60747-5-5。如果組件存在這樣的標準，則可以應用它而不是系統級標準的特定要求。目前，該標準僅適用于光耦合器，不適用于其他較新的數字隔離器;然而，VDE已經創建了一個標準VDE0884-10草案，將IEC 60747-5-5標準的絕緣測試應用于數字隔離器。

這兩個標準都為加強絕緣設定了高標準，包括 10 kV 或更高水平的浪涌測試。非常薄的絕緣層將無法通過此測試，并且已被證明是許多光耦合器和數字隔離器作為增強絕緣資格的鑒別測試。不能滿足要求的組件通常回退到IEC 60747-5-2標準，該標準可以應用于基本絕緣。對于隔離系統的設計者來說，這是另一個令人困惑的問題，因為人們認為IEC 60747-5認證會自動授予增強狀態。IEC委員會目前正在修訂IEC 60747-5-5標準，以包括數字隔離器。下一個統一標準將適用于所有IEC系統級標準，并應有助于消除未來的混淆。

結論

數據隔離器中的增強絕緣經過設計和認證，可提供雙絕緣系統的保護，同時提供單個隔離柵提供的數據傳輸性能。在外部，組件的爬電距離和間隙要求相當于基本絕緣要求的兩倍。在內部，絕緣要么滿足固體絕緣的要求，包括通過絕緣最小距離，要么在生產過程中接受廣泛的型式測試和裝配線測試。通過測試而不是詳細的結構要求來驗證的增強絕緣等級的可用性允許絕緣技術的創新獲得資格，而無需重寫每項新技術的標準。

審核編輯：郭婷