Любая электроника, независимо от ее назначения, имеет три основных эксплуатационных характеристики: безопасность, надежность и срок службы. Одним из решений, способным обеспечить все три ключевых характеристики, являются оптические изоляторы или по-другому - оптроны.
В статье мы будем использовать ссылку на стандарт 1 - ГОСТ IEC 60950-1-2014 Оборудование информационных технологий. Требования безопасности.
При выборе типа изолятора разработчик системы должен учитывать множество факторов, такие как
Безопасность персонала и оборудования. Промышленные системы обычно работают с напряжением от трехсот до нескольких тысяч вольт, в то же время безопасное для человека сверхнизкое напряжение (БСНН или SELV, Safety Extra Low Voltage,) составляет всего 42 В AC или 60 В DC (1).
Если же речь идет об электронных компонентах и микросхемах, то для них порог еще ниже и часто составляет единицы вольт. Такое напряжение может оказаться достаточным для выхода компонента из строя, что приведет к отказу оборудования.
Самый верный способ обеспечить безопасность оператора и электронных компонентов – это ограничить область их работы областью БСНН. Для того, чтобы физически разделить области БСНН и высокого напряжения, применяются изоляторы.
Задача изолятора состоит в безопасной передаче сигналов между гальванически развязанными цепями, работающими под разными потенциалами. Изоляторы должны работать, находясь под приложенным постоянным или переменным напряжением величиной в несколько сотен вольт и выше.
Выбор типа изоляции необходимо начинать с ее типа, уровня или рейтинга. Стандарт (1) определяет три основных типа изоляции: функциональная (functional), основная (basic) и усиленная (reinforced):
- Функциональная изоляция может применяться для правильной работы оборудования, но недостаточна для защиты оператора от поражения электрическим током. Пример – развязка между верхним и нижним драйверами транзисторов в полумостовой схеме.
- Основная изоляция защищает оператора от поражения электрическим током до тех пор, пока изолирующий барьер не поврежден. Поэтому для того, чтобы гарантировать электробезопасность изделия совместно с основной изоляцией необходимо применять дополнительный барьер изоляции. Например, силовая цепь <развязка> контроллер <развязка> панель оператора.
- Усиленная изоляция обеспечивает защиту оператора даже при повреждении изолирующего барьера и эквивалентна двойной (основная + дополнительная) изоляции.
Стандарт (1) требует, чтобы все электрические цепи, с которыми пользователь может иметь прямой контакт (переключатели, дисплеи, разъемы) были изолированы от цепей опасного напряжения двойной, или усиленной изоляцией.
Основные параметры, которые определяют тип используемой изоляции
- минимальный путь утечки (creepage)
- диэлектрический зазор (clearance), который ток должен преодолеть, чтобы достичь оператора
Расчет минимально допустимых зазоров производится по таблицам 2J…2Q стандарта 1 на основании следующих характеристик электрической системы:
- Рабочее напряжение (System Voltage) принимается равным максимально допустимому напряжению полупроводниковых ключей, деленному на √2 – это 849В для ключей 1200В, 1202В для ключей 1700В и т.д
- Категория перенапряжения, которая зависит от условий эксплуатации электроустановки и определяет амплитуду импульсных перенапряжений, возникающих при ее нормальной работе. Изоляция должна выдерживать такие перенапряжения, причем для усиленной изоляции амплитуда перенапряжения умножается на коэффициент 1,6
- Степень загрязнения, возникающего при работе электроустановки. Часто применяется степень загрязнения 2 (непроводящие сухие загрязнения, возможен конденсат)
Стандарт допускает интерполяцию табличных значений, и в результате может получиться таблица зазоров следующего вида (степень загрязнения 2, категория перенапряжения II):
Главный вывод
Как видно из таблицы, чтобы изоляция считалась усиленной при рабочем напряжении 800В, изолятор должен обеспечивать диэлектрический зазор не менее 8,6 мм как по поверхности печатной платы, так и вдоль своего корпуса. Для выполнения этих требований Broadcom выпускает оптроны в различных корпусах длиной до 15 мм.
Оптроны Broadcom точно соответствуют стандартам электробезопасности, которые позволяют использовать их в практически любых приложениях, в том числе в нефтегазовой и горно-шахтной отраслях. Все это делает их прекрасным решением для создания безопасных и надежных электрических систем.
К публикации готовится следующая публикация:
Технологии изготовления изоляторов. Сравнение и выбор в зависимости от необходимого уровня напряжения. Основные параметры для сравнения DTI и CTI , устойчивость к синфазному шуму.
Подпишитесь на наш канал и вы получите уведомление о выходе статьи.
На нашем канале вышло новое видео про Изолятор с рабочим напряжением 2260 В, который выдерживает импульсные перенапряжения и с усиленной изоляцией.
Если вам необходима консультация эксперта по выбору изолятора, то напишите нам запрос в форме ниже: