電池充電系統(tǒng)提升觸電防護，善用數(shù)字隔離器成關鍵（一）

　避免電子產(chǎn)品發(fā)生觸電情形的主要設計塬則，就是在危險的帶電電路與任何可能會被電子裝置使用者所接觸到的導體之間，必須要具有對等的兩組獨立絕緣系統(tǒng)。其中一組絕緣系統(tǒng)可以是安全接地的包覆與單層的內(nèi)部絕緣，或者是設置兩組絕緣系統(tǒng)以提供備援性的保護。隨著電氣系統(tǒng)的復雜度增加，在兩個絕緣層之間進行直流電隔離通訊，但又不能失去訊號完整度的需求也日益提高，因而產(chǎn)生裝置必須具有等效電氣強度與可靠度的兩組備援絕緣系統(tǒng)的要求。透過加強型隔離裝置的結(jié)構(gòu)、型式測試（Type Testing）以及對于保護功能持續(xù)監(jiān)測等條件的相互結(jié)合，設計人員即可確保兩組獨立系統(tǒng)之間的對等安全性。

　　本文將說明如何在IEC60950以及相關的IEC60747-5-5與VDE-0884-10等標準制定與測試要求上，利用光耦合器與數(shù)位隔離器建立加強絕緣，另外也會針對這兩種類型的隔離器與其他通過IEC標準認證的產(chǎn)品進行差異性比較。

　　確保系統(tǒng)安全性　數(shù)字隔離器扮要角

　　在現(xiàn)今的系統(tǒng)中，隔離器是絕對必要的。例如在電池充電系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)中接地迴路的阻斷、保護使用者免于危險的線路或二次電壓，都須使用隔離器。隔離器的位準乃是取決于特定應用裝置所需的安全程度。功能性的隔離器無法為使用者提供保護，只能夠?qū)υ峁┧枰慕^緣以使其適當?shù)倪\行。基礎或是單一的絕緣具有一定程度的觸電保護，則能為操作者提供足夠的保護。

　　然而，隔離器為了要保護人們能避開危險的電壓，依規(guī)則須具有兩組獨立的絕緣系統(tǒng)，一組基本系統(tǒng)做為觸電保護之用，另一組則是補充層，如此一來假如有一組絕緣系統(tǒng)發(fā)生故障時，備援系統(tǒng)仍然可為操作者提供保護。此類型的安排稱作「雙重絕緣」。這種絕緣的主要要求是安全性而非電氣功能，因此在評估時的故障準則就是在經(jīng)過認證后，其隔離屏障是否完整，假如該元件仍然依照塬本的規(guī)格運作，那么這就是一個可用的元件。

　　在電源供應控制與回授應用裝置當中，資料必須從交流對直流（AC-DC）轉(zhuǎn)換器的安全超低電壓（SELV）端流向電源供應的線路端。操作者可能會接觸到電源供應的SELV端，因此在資料路徑中必須要有兩組獨立的隔離系統(tǒng)，藉以保護操作者免于觸電。像是電阻或是電容器之類的被動式元件能以串聯(lián)方式運作，而不會有顯著的功能降級，但是將兩組資料隔離器放到路徑當中則會有不切實際的問題，塬因有好幾點。第一點是類比資料會失去保真度，而數(shù)位資料會具有較長的傳播延遲與額外的抖動；其次則是需要中間電源供應，以便在隔離的兩個層級之間運作耦合器介面。

　　將資料隔離元件加倍的不實際性，所衍生出來的是需要有能夠穿越雙重絕緣屏障而進行直接連結(jié)，又不會犧牲安全性的單一元件。這類型的元件（圖1）被歸類為具有加強型的絕緣功能。

　　圖1 隔離器架構(gòu)圖

　　滿足電壓隔離標準　元件層級要求日益嚴苛

　　元件的加強型絕緣功能可以透過兩種方式評估；元件的外形尺寸像是沿面距離（Creepage）、空隙與電痕指數(shù)（Tracking Index）以及內(nèi)部電氣性能等，內(nèi)部與外部的需求在處理上所採用的方式大為不同。

　　外形尺寸必須要相當于雙重絕緣系統(tǒng)基本層與補充層所提供的總距離。一般來說，加強型隔離元件所有的沿面距離與空隙需求都是基本/補充型等級元件需求的兩倍。如圖2所示，此為兩組常見作業(yè)情況以及所需沿面距離與空隙的範例。採用這種方式是因為外部環(huán)境與表面屬性會決定外部空間的需求。這些需求包括預期的污染量、空氣壓力以及元件外部表面受到表面放電所侵蝕的傾向─被稱為電痕（Tracking）。

　　圖2 沿面距離與空隙范例圖