让隔离安全标准为您所用

在本文中，我们将研究使用IEC（国际电气委员会）安全标准的有效方法，通过找出数百个可用标准中可能适用于问题的标准来探索设计的极限。IEC的标准和支持文档被视为设计师的负担，但如果您对它们包含的内容，如何查找和使用它们以及最重要的是从哪里开始有一些了解，它们实际上可以成为一笔巨大的资产。我们将展示如何使用来自各种安全机构的免费信息构建标准之间关系的地图。

设计工程师是一群富有创造力的人。在尺寸、成本和性能的限制下优化电子设计，就像在可用油漆颜色和画布类型的限制下绘制肖像一样多。设计工程师的托盘是一系列可用的组件和最新的建筑理念，可以与原创贡献相结合，创造出以前从未建造过的东西。成功的衡量标准是设计的简单和优雅。不幸的是，没有什么能打破设计的简单性和优雅性，就像必须遵守300页的安全规则手册一样，充满了指导方针，这些指导方针似乎并不总是有明确的推理。工程师似乎在两个极端之间的连续统一体上处理安全标准。

一个极端

第一个极端是一个工程师，他知道一些通过饮水机对话获得的安全规则。这位工程师一头扎进去，做出了最优雅的设计，允许这几个经验法则，并希望在原型被送去进行安全认证时做到最好。这对于创新非常有用，但当必须重新设计设计以使其符合适当的标准时，成本很高。或者更糟糕的是，不安全的东西会通过认证过程并对最终客户造成伤害。

第二个极端来自设计文化，在这种文化中，产品安全在设计中根深蒂固，以至于扼杀了创新。每个设计都基于以前的设计，并且经过验证的安全技术从一个设计到另一个设计保持不变。这种方法通常会产生安全的产品，但将设计封闭在新的或改进的做事方式上，并将创造力限制在项目的一小部分。这对设计师来说是安全的，但并不令人满意，并且为制造突破性产品制造障碍，从而将自己与竞争对手区分开来。例如，通过应用IEC 60112中规定的比较漏电起痕指数测试，可以实现隔离组件的较小外形尺寸。将封装材料表征为更高的 CTI 等级可以将封装的爬电距离要求从 8 mm 降低到低至 4 mm，从而将元件尺寸缩小两倍或更多。这可以缩小PCB的整个隔离边界，并减小整体应用尺寸。如果设计人员可以通过对标准进行一些研究来找到如何实现它们，则可以使用这种优化。

为了在这些极端之间取得平衡，设计人员有必要浏览安全标准并评估出现的组件和创新技术。但这些标准可能是难以理解和压倒性的。

使用最广泛的标准集由IEC开发和维护，IEC提供了数百种适用于全球的安全和兼容性标准。但是，设计师如何知道必须购买、阅读和应用哪些标准呢？这些标准都不是免费提供的，许多公司没有专门的员工来协调安全标准。

寻找解决方案

解决此问题的一种简单方法是，设计组织确定应用程序和行业的顶级系统标准，购买它，并尝试从中理解。这并不总是像人们想象的那么简单。系统级标准代表了多年应用于产品预期用途的系统安全经验的提炼。这些标准每隔几年更新一次，以反映特定领域的最新技术水平。标准本身由行业领导者、学者和安全认证机构组成的委员会制定和维护。系统级标准通常是非常大的文档，长达 600 页，因为它们包含足够的细节，无需购买额外的文档即可做出大多数设计和测试决策。然而，每个系统级标准背后都有丰富的信息，可以阐明需求背后的思维过程，阐明标准的潜在灵活性及其背后的思维。

IEC标准相互关系的映射可以揭示系统级标准中未明确反映的内容。

通过参考图 1，考虑可以从标准的文档预览中收集到的内容的示例。它是信息技术系统级标准IEC 60950的“规范参考”地图。规范性参考文献是被认为对某一主题具有权威性的标准或文件，并且被认为对参考标准的应用是必不可少的。为了使图表足够简单，不需要折叠，我们将范围限制为与隔离相关的主题。文档按其主要功能和在文档层次结构中的大致位置分为几类。

图1.支持IEC 60950绝缘的文档网络。

其中包括：

系统和零件标准 — 代表探索的起点

协调文档 - 解决特定类型的安全问题，以便可以通过多个系统级标准访问该问题

测试方法——编纂如何评估安全性的某些方面，以确保一致和可比较的结果

教学文档 - 解释分析技术和设计指南

分类文档 — 将材料和环境分解为行业商定的分组

这些文档类型中的每一种都经过了颜色编码，以突出显示相互关系。检查图 1 揭示了文档之间关系的基本结构。系统标准调用协调文档，协调文档又调用测试方法，然后是信息文档，最后是分类文档。这些关系不是刻在石头上的，但通常这是出现的模式。它们可以是由系统级标准直接调用的独立文档，也可以是链接引用的网络。

在本例中，我们从 IEC 60950（信息技术标准）开始，这是许多应用类型中最常用的标准之一。请注意，此系统标准调用其他系统和零件标准，因为：

它们具有共同的绝缘要求

设备可用作子系统，例如开关设备，IEC 60947

光耦合器等常用安全元件有自己的安全标准IEC 60747-5

这些参考的子系统或组件中的每一个都可以根据自己的标准进行独立认证，从而可以简单地集成到更大的系统中，而无需冗余分析和测试。另一个需要注意的事项是，IEC 60950认证本身被用作医疗器械认证IEC 60601的一部分，因此它完全进入另一个系统级标准。每个系统级标准都调用其自己的支持文档网络，此处未显示，但由大箭头指示。

IEC 60950的绝缘要求几乎完全来自IEC 60664绝缘协调文件。如前所述，这允许许多系统级标准将整个绝缘分析一起引用。再往上走，我们来看看测试方法、信息文档和分类文档。

让我们看看如何利用可用的IEC追索权文档的知识来深入研究一个常见问题。在安全系统的开发过程中，很明显，我们想知道我们的绝缘系统将持续多长时间以及该寿命有什么影响。查看IEC 60950系统标准并不能就该主题提供太多指导。对厚度和距离有许多要求，但不清楚什么与系统的寿命有关，以及什么打算处理瞬变。也没有关于如何根据这些要求衡量系统寿命的指导。

检查图1中的地图，可以看到左上象限中涉及绝缘击穿和耐久性的区域。这是从主系统标准中删除的几个步骤，在许多情况下，这意味着当其信息反映在系统标准中时，指南和背景已与其他要求合并。

要回到底层的测试和分析技术，需要获得一两个低级标准，在这种情况下：

IEC 61251—电绝缘材料—交流耐压性—简介

IEC 62539—电气绝缘击穿数据统计分析指南

处理完这两个文件后，可以回答绝缘寿命问题，或者可以确定确定新材料寿命的适当测试。在设计早期获得这些信息可以指导材料的选择和使用，从长远来看可以节省时间和金钱。探索IEC标准网络可以快速访问这些丰富的信息。

拥有此文档映射对于跟踪IEC甚至ISO系统中的适当资源非常有用（ISO文档也被引用，但此处未显示），但是这些映射不容易找到或创建。在本例中，我们花时间构建了它，但它并不要求我们实际拥有任何这些文档来构建图 1。IEC网站允许预览几乎所有IEC标准，包括目录，文档范围和规范性参考。这足以知道任何特定标准涵盖的内容以及它引用的其他标准。该地图是使用这些免费预览构建的，可以自信地识别特定标准。在构建这种类型的地图上投入时间是非常值得的。

审核编辑：郭婷