讓隔離安全標(biāo)準(zhǔn)為您所用

在本文中，我們將研究使用IEC（國際電氣委員會）安全標(biāo)準(zhǔn)的有效方法，通過找出數(shù)百個可用標(biāo)準(zhǔn)中可能適用于問題的標(biāo)準(zhǔn)來探索設(shè)計的極限。IEC的標(biāo)準(zhǔn)和支持文檔被視為設(shè)計師的負擔(dān)，但如果您對它們包含的內(nèi)容，如何查找和使用它們以及最重要的是從哪里開始有一些了解，它們實際上可以成為一筆巨大的資產(chǎn)。我們將展示如何使用來自各種安全機構(gòu)的免費信息構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)之間關(guān)系的地圖。

設(shè)計工程師是一群富有創(chuàng)造力的人。在尺寸、成本和性能的限制下優(yōu)化電子設(shè)計，就像在可用油漆顏色和畫布類型的限制下繪制肖像一樣多。設(shè)計工程師的托盤是一系列可用的組件和最新的建筑理念，可以與原創(chuàng)貢獻相結(jié)合，創(chuàng)造出以前從未建造過的東西。成功的衡量標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)計的簡單和優(yōu)雅。不幸的是，沒有什么能打破設(shè)計的簡單性和優(yōu)雅性，就像必須遵守300頁的安全規(guī)則手冊一樣，充滿了指導(dǎo)方針，這些指導(dǎo)方針?biāo)坪醪⒉豢偸怯忻鞔_的推理。工程師似乎在兩個極端之間的連續(xù)統(tǒng)一體上處理安全標(biāo)準(zhǔn)。

一個極端

第一個極端是一個工程師，他知道一些通過飲水機對話獲得的安全規(guī)則。這位工程師一頭扎進去，做出了最優(yōu)雅的設(shè)計，允許這幾個經(jīng)驗法則，并希望在原型被送去進行安全認(rèn)證時做到最好。這對于創(chuàng)新非常有用，但當(dāng)必須重新設(shè)計設(shè)計以使其符合適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)時，成本很高。或者更糟糕的是，不安全的東西會通過認(rèn)證過程并對最終客戶造成傷害。

第二個極端來自設(shè)計文化，在這種文化中，產(chǎn)品安全在設(shè)計中根深蒂固，以至于扼殺了創(chuàng)新。每個設(shè)計都基于以前的設(shè)計，并且經(jīng)過驗證的安全技術(shù)從一個設(shè)計到另一個設(shè)計保持不變。這種方法通常會產(chǎn)生安全的產(chǎn)品，但將設(shè)計封閉在新的或改進的做事方式上，并將創(chuàng)造力限制在項目的一小部分。這對設(shè)計師來說是安全的，但并不令人滿意，并且為制造突破性產(chǎn)品制造障礙，從而將自己與競爭對手區(qū)分開來。例如，通過應(yīng)用IEC 60112中規(guī)定的比較漏電起痕指數(shù)測試，可以實現(xiàn)隔離組件的較小外形尺寸。將封裝材料表征為更高的 CTI 等級可以將封裝的爬電距離要求從 8 mm 降低到低至 4 mm，從而將元件尺寸縮小兩倍或更多。這可以縮小PCB的整個隔離邊界，并減小整體應(yīng)用尺寸。如果設(shè)計人員可以通過對標(biāo)準(zhǔn)進行一些研究來找到如何實現(xiàn)它們，則可以使用這種優(yōu)化。

為了在這些極端之間取得平衡，設(shè)計人員有必要瀏覽安全標(biāo)準(zhǔn)并評估出現(xiàn)的組件和創(chuàng)新技術(shù)。但這些標(biāo)準(zhǔn)可能是難以理解和壓倒性的。

使用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)集由IEC開發(fā)和維護，IEC提供了數(shù)百種適用于全球的安全和兼容性標(biāo)準(zhǔn)。但是，設(shè)計師如何知道必須購買、閱讀和應(yīng)用哪些標(biāo)準(zhǔn)呢？這些標(biāo)準(zhǔn)都不是免費提供的，許多公司沒有專門的員工來協(xié)調(diào)安全標(biāo)準(zhǔn)。

尋找解決方案

解決此問題的一種簡單方法是，設(shè)計組織確定應(yīng)用程序和行業(yè)的頂級系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，購買它，并嘗試從中理解。這并不總是像人們想象的那么簡單。系統(tǒng)級標(biāo)準(zhǔn)代表了多年應(yīng)用于產(chǎn)品預(yù)期用途的系統(tǒng)安全經(jīng)驗的提煉。這些標(biāo)準(zhǔn)每隔幾年更新一次，以反映特定領(lǐng)域的最新技術(shù)水平。標(biāo)準(zhǔn)本身由行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者、學(xué)者和安全認(rèn)證機構(gòu)組成的委員會制定和維護。系統(tǒng)級標(biāo)準(zhǔn)通常是非常大的文檔，長達 600 頁，因為它們包含足夠的細節(jié)，無需購買額外的文檔即可做出大多數(shù)設(shè)計和測試決策。然而，每個系統(tǒng)級標(biāo)準(zhǔn)背后都有豐富的信息，可以闡明需求背后的思維過程，闡明標(biāo)準(zhǔn)的潛在靈活性及其背后的思維。

IEC標(biāo)準(zhǔn)相互關(guān)系的映射可以揭示系統(tǒng)級標(biāo)準(zhǔn)中未明確反映的內(nèi)容。

通過參考圖 1，考慮可以從標(biāo)準(zhǔn)的文檔預(yù)覽中收集到的內(nèi)容的示例。它是信息技術(shù)系統(tǒng)級標(biāo)準(zhǔn)IEC 60950的“規(guī)范參考”地圖。規(guī)范性參考文獻是被認(rèn)為對某一主題具有權(quán)威性的標(biāo)準(zhǔn)或文件，并且被認(rèn)為對參考標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用是必不可少的。為了使圖表足夠簡單，不需要折疊，我們將范圍限制為與隔離相關(guān)的主題。文檔按其主要功能和在文檔層次結(jié)構(gòu)中的大致位置分為幾類。

圖1.支持IEC 60950絕緣的文檔網(wǎng)絡(luò)。

其中包括：

系統(tǒng)和零件標(biāo)準(zhǔn) — 代表探索的起點

協(xié)調(diào)文檔 - 解決特定類型的安全問題，以便可以通過多個系統(tǒng)級標(biāo)準(zhǔn)訪問該問題

測試方法——編纂如何評估安全性的某些方面，以確保一致和可比較的結(jié)果

教學(xué)文檔 - 解釋分析技術(shù)和設(shè)計指南

分類文檔 — 將材料和環(huán)境分解為行業(yè)商定的分組

這些文檔類型中的每一種都經(jīng)過了顏色編碼，以突出顯示相互關(guān)系。檢查圖 1 揭示了文檔之間關(guān)系的基本結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)用協(xié)調(diào)文檔，協(xié)調(diào)文檔又調(diào)用測試方法，然后是信息文檔，最后是分類文檔。這些關(guān)系不是刻在石頭上的，但通常這是出現(xiàn)的模式。它們可以是由系統(tǒng)級標(biāo)準(zhǔn)直接調(diào)用的獨立文檔，也可以是鏈接引用的網(wǎng)絡(luò)。

在本例中，我們從 IEC 60950（信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）開始，這是許多應(yīng)用類型中最常用的標(biāo)準(zhǔn)之一。請注意，此系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)用其他系統(tǒng)和零件標(biāo)準(zhǔn)，因為：

它們具有共同的絕緣要求

設(shè)備可用作子系統(tǒng)，例如開關(guān)設(shè)備，IEC 60947

光耦合器等常用安全元件有自己的安全標(biāo)準(zhǔn)IEC 60747-5

這些參考的子系統(tǒng)或組件中的每一個都可以根據(jù)自己的標(biāo)準(zhǔn)進行獨立認(rèn)證，從而可以簡單地集成到更大的系統(tǒng)中，而無需冗余分析和測試。另一個需要注意的事項是，IEC 60950認(rèn)證本身被用作醫(yī)療器械認(rèn)證IEC 60601的一部分，因此它完全進入另一個系統(tǒng)級標(biāo)準(zhǔn)。每個系統(tǒng)級標(biāo)準(zhǔn)都調(diào)用其自己的支持文檔網(wǎng)絡(luò)，此處未顯示，但由大箭頭指示。

IEC 60950的絕緣要求幾乎完全來自IEC 60664絕緣協(xié)調(diào)文件。如前所述，這允許許多系統(tǒng)級標(biāo)準(zhǔn)將整個絕緣分析一起引用。再往上走，我們來看看測試方法、信息文檔和分類文檔。

讓我們看看如何利用可用的IEC追索權(quán)文檔的知識來深入研究一個常見問題。在安全系統(tǒng)的開發(fā)過程中，很明顯，我們想知道我們的絕緣系統(tǒng)將持續(xù)多長時間以及該壽命有什么影響。查看IEC 60950系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)并不能就該主題提供太多指導(dǎo)。對厚度和距離有許多要求，但不清楚什么與系統(tǒng)的壽命有關(guān)，以及什么打算處理瞬變。也沒有關(guān)于如何根據(jù)這些要求衡量系統(tǒng)壽命的指導(dǎo)。

檢查圖1中的地圖，可以看到左上象限中涉及絕緣擊穿和耐久性的區(qū)域。這是從主系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)中刪除的幾個步驟，在許多情況下，這意味著當(dāng)其信息反映在系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)中時，指南和背景已與其他要求合并。

要回到底層的測試和分析技術(shù)，需要獲得一兩個低級標(biāo)準(zhǔn)，在這種情況下：

IEC 61251—電絕緣材料—交流耐壓性—簡介

IEC 62539—電氣絕緣擊穿數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析指南

處理完這兩個文件后，可以回答絕緣壽命問題，或者可以確定確定新材料壽命的適當(dāng)測試。在設(shè)計早期獲得這些信息可以指導(dǎo)材料的選擇和使用，從長遠來看可以節(jié)省時間和金錢。探索IEC標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)可以快速訪問這些豐富的信息。

擁有此文檔映射對于跟蹤IEC甚至ISO系統(tǒng)中的適當(dāng)資源非常有用（ISO文檔也被引用，但此處未顯示），但是這些映射不容易找到或創(chuàng)建。在本例中，我們花時間構(gòu)建了它，但它并不要求我們實際擁有任何這些文檔來構(gòu)建圖 1。IEC網(wǎng)站允許預(yù)覽幾乎所有IEC標(biāo)準(zhǔn)，包括目錄，文檔范圍和規(guī)范性參考。這足以知道任何特定標(biāo)準(zhǔn)涵蓋的內(nèi)容以及它引用的其他標(biāo)準(zhǔn)。該地圖是使用這些免費預(yù)覽構(gòu)建的，可以自信地識別特定標(biāo)準(zhǔn)。在構(gòu)建這種類型的地圖上投入時間是非常值得的。

審核編輯：郭婷