浅析光电耦合器安全机构设计准则

本文介绍了电气安全的简要介绍，这将是符合光电耦合器安全机构设计准则的基础。它概述了安全机构的标准，安装类别，爬电距离和电气间隙以及该应用的设计示例。

电气安全导论

传统上，与危险电压的电隔离一直是光耦合器设备的最常见应用。光耦合器的其他应用包括通过消除共模电流环路来降低EMI，该共模电流环路是高速数字系统中辐射发射的最大贡献者。但是，在当今的电子市场中，隔离仍然是光耦合器的主要角色。电气隔离在现代电子设计中很重要，因为它可以最大程度地降低使最终用户遭受危险电流伤害的可能性。可能造成伤害甚至死亡的潮流远低于大多数人的想象。在某些侵入性医疗操作中，低至80 µA的电流可能是致命的，可接受的安全限值为10 µA。这些阈值在图1中概述。

触电危险等级

通常通过以下三种方法之一实现电气隔离：磁性，电容或电光。这三者各有利弊。磁隔离（使用隔离变压器）可能是最早建立的电隔离方法，以坚固的封装在高频下提供高水平的隔离。与其他方法相比，这种隔离方法的缺点是设备占用空间大，并且仅适用于交流信号耦合。由于这些特性，磁耦合大部分限于大功率交流应用。

磁隔离

电隔离的第二种常用方法是电容耦合。电容耦合的优点是开关速度高且封装占用空间相对较小，但是要消除次级侧上的浮动电源需求，需要大电容才能将能量从初级侧传递到次级侧。因此，由于需要有效的能量耦合，因此大大降低了该技术的电隔离值。因此，大多数电容耦合隔离方案的隔离值均为数百伏，而不是其他方法可达到的数千伏。

电容隔离

另一种潜在的隔离方法涉及使用磁阻传感器。这些传感器能够检测直流和交流磁场。但是，这是一项新兴技术，容易受到来自外部外部磁场的感应噪声的影响。

光隔离具有前一种方法的许多最佳方面，而没有缺点。主要是，光学隔离可提供较高的电气隔离值，这是有效的“沙中线”屏障，危险电压无法穿透。就Vishay的耦合器而言，这些值高达8000 V，是业界最高水平。这是通过小尺寸封装和高速实现的。此外，它对于交流或直流信号同样有效。

电光隔离

安全机构标准概述

有几种广泛接受的行业标准可以管理电子设备的制造和测试。在北美，其中最广为人知的是Underwriter’s Laboratories（UL）。UL具有两种基本认证：UL认证和UL认可。区别很简单，但通常会引起很多混乱。可选地刻在设备本身上的“ UL认可”标记是指已经过UL某种程度评估的组件，并且将由UL进行“重新审核”以正确整合到最终使用设备中。完整设备上贴有“ UL认证”标志。例如，一台计算机将获得UL认证，而组件硬盘驱动器将成为UL认可的部件。如下页所示，

UL认证/ UL认可

UL对所有已经制造或可能制造的产品都有安全标准；但是，为了简化起见，这些标准可以分为两类：系统标准和组件标准。系统标准不在本文档的讨论范围之内。可以说，在电子行业中，最普遍适用的系统标准是UL60950，该标准规范了各种信息技术设备（ITE）的电气安全要求。除信息技术外，还有一些标准涉及产品电气安全的其他特殊领域。光耦合器设计特别令人关注的是IEC 60601-1，它控制着医疗设备的安全性。IEC 60601-1由全球医疗领域的人员制定，它是许多国家/地区的国家标准（例如美国的UL2601-1）的基础。同样，UL 60950基于国际生成的IEC 60950，并由于美国独特的国家条件（包括国家电气法规（NEC））而进行了更改。

欧盟采用基于IEC的版本作为EN60950。与所有组件一样，光耦合器不一定需要满足所有特定的最终用途系统标准，例如IEC 609050或IEC 60601-1。在尝试满足任何特定的系统标准时，重要的是要知道哪些组件参数会造成设计限制。为了安全起见，这些参数包括爬电距离（沿表面），间隙（通过空气）距离，最大隔离电压和绝缘厚度。在大多数情况下，本文档将处理专门涉及光耦合器制造和测试的标准。这些内容涵盖两个标准，UL1577和IEC 60747-5-1，这些标准合并并取代了较早的DIN EN 60747-5-5。