在電氣系統(tǒng)的設(shè)計中，電氣隔離是一個至關(guān)重要的概念。通過隔離高、低壓系統(tǒng)，可以實現(xiàn)以下幾點重要功能：

① 使高、低壓系統(tǒng)間相互獨立，提高低壓系統(tǒng)的抗干擾能力；

② 保證高、低壓系統(tǒng)間的安全交互，使系統(tǒng)安全工作；

③保護使用者的人身安全，免受高壓系統(tǒng)的電擊傷害。

本文將詳細介紹電氣隔離的基本知識，包括電氣隔離的定義與重要性，隔離等級的分類與定義，以及隔離器認證的標準與規(guī)范。

電氣隔離的定義和重要性

電氣隔離通過使用隔離器件以防止具有破壞性的電氣信號在高/低壓子系統(tǒng)間傳輸，同時允許安全的、系統(tǒng)正常運行所需的電氣信號在高/低壓系統(tǒng)間進行交互的過程方式。以下討論三種系統(tǒng)交互的場景：

1. 當兩個低壓系統(tǒng)進行交互時，電氣信號可以在兩個系統(tǒng)間自由傳輸。在這種狀態(tài)下，通常我們認為系統(tǒng)的工作是安全的。

2.當高/低壓系統(tǒng)不使用隔離器直接進行交互時，由于高壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)間存在較高的電勢差，此時高壓系統(tǒng)就有可能向低壓系統(tǒng)傳輸具有破壞性的電氣信號，會使低壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)出現(xiàn)異常，甚至導(dǎo)致其永久性損壞，不僅會影響系統(tǒng)的功能安全，還可能會危及人身安全，導(dǎo)致重大的安全事故等。

3.在高、低壓系統(tǒng)間使用隔離器進行電氣隔離后，具有破壞性的電氣信號被隔離器阻斷，安全的、系統(tǒng)正常運行所需的電氣信號在高/低壓系統(tǒng)間交互，系統(tǒng)的功能安全得以保證。

電氣隔離的定義（圖源：納芯微）

隔離等級的分類與定義

根據(jù)隔離性能的差異，電氣隔離被分為不同的隔離等級，功能隔離、基本隔離、雙重隔離、增強隔離是幾種比較典型的隔離等級：

1.功能隔離，只能實現(xiàn)設(shè)備正常工作所必須的隔離，沒有電擊保護的功能，如電路板上的PCB材料。

2.基本隔離，只提供單級隔離，能夠在絕緣層完好的情況下實現(xiàn)隔離。但一旦絕緣層失效，系統(tǒng)將存在電擊的風險。一般情況下，基礎(chǔ)型隔離器能夠隔離的電壓在3kV左右，也有少數(shù)的基礎(chǔ)型隔離器的隔離電壓可以達到5kV。

3.雙重隔離，在基本隔離的基礎(chǔ)上增加了一層隔離，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的冗余，它能夠在單級隔離失效時保證系統(tǒng)的安全。通過這種方式，隔離電壓可以達到5kV及以上。

4.增強隔離，也是一種單級隔離，但可以做到與雙重隔離等效的隔離強度。

隔離等級的分類與定義（圖源：納芯微）

隔離器認證的標準規(guī)范

目前，常見的隔離器大多采用基本隔離和增強隔離的方式。為了取得上述兩種隔離的認證，隔離器的性能需要符合地區(qū)規(guī)范及安全標準。

在隔離器的標準與認證方面，國際電工委員會（IEC）是世界上成立最早的非政府性國際電工標準化機構(gòu)。IEC與多個地區(qū)的機構(gòu)合作，為電氣/電子設(shè)備制定國際安全標準。不同的地區(qū)會有不同的機構(gòu)制定地區(qū)標準，如美國、加拿大、德國、中國等地都有屬于自己的本土機構(gòu)。

只有通過了當?shù)氐牡貐^(qū)標準，隔離器才能夠合法地進行商業(yè)推廣，搭載了該隔離器的電氣/電子產(chǎn)品也才能銷售給終端客戶。通常，在隔離器數(shù)據(jù)手冊的第一頁會列出該隔離器通過了哪些地區(qū)的認證。其中，數(shù)字隔離器的增強隔離等級主要是由VDE提出并由IEC作為全球標準進行推廣。納芯微是數(shù)字隔離器產(chǎn)品的領(lǐng)跑者，也是國內(nèi)首家通過VDE增強型隔離認證的半導(dǎo)體公司。

隔離器的標準與認證機構(gòu)（圖源：納芯微）

在VDE的現(xiàn)行標準下，基本型和增強型隔離器都有相應(yīng)的測試標準和參數(shù)規(guī)范。

在最大浪涌電壓測試中，基本型和增強型都需要通過50次的雙極性浪涌沖擊，最終測得的電壓不得超過數(shù)據(jù)表中最大浪涌電壓的1.3倍，在此基礎(chǔ)上，增強型還需要至少要通過10kV的浪涌電壓測試。

在實際應(yīng)用中，當設(shè)備內(nèi)部存在缺陷時，就會出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象。局部放電現(xiàn)象是指導(dǎo)體間絕緣的部分區(qū)域被擊穿的電氣放電現(xiàn)象，在短時間內(nèi)它并不影響絕緣強度，但在高壓的反復(fù)作用下，缺陷最終會導(dǎo)致器件被擊穿。因此，需要通過非破壞性實驗檢測出這些缺陷，基本型隔離器需通過1.5倍的VIOSM浪涌測試，而增強型隔離器的局部放電測試則需在1.875倍VIOSM電壓下進行測試。

根據(jù)不同溫度，不同電壓下的芯片工作壽命，利用韋伯分布即可擬合出芯片在最小額定壽命及目標壽命期間故障率下的工作電壓，然后根據(jù)VDE相關(guān)系數(shù)的要求，即可得出VIORM、VIOSM。從表格中還可以了解到，增強型隔離器有更長的工作壽命，且壽命期間的故障率更低。

通過了上述測試后，即認為隔離器達到了VDE認證的要求。

基本型和增強型隔離器的標準與認證（圖源：納芯微）

綜上所述，電氣隔離涉及到設(shè)備的安全工作和使用者的人身安全，是電氣系統(tǒng)設(shè)計中不可或缺的一部分。

審核編輯 黃宇