【电子行业标准(SJ)】 安全电气隔离用光电耦合器要求和试验

中华人民共和国电子行业标准
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安全电气隔离用光电耦合器
要求和试验
Optocouplersfor safeelectricalisolation-Reguirements,tests1995-08-18发布
1996-01-01实施
中华人民共和国电子工业部发布YYKAONYKAa
中华人民共和国电子行业标
安全电气隔离用光电耦合器
要求和试验
Optocouplers for safe electricalisulation Requirements,testsSJ/T10686-1995
本标准等效采用德国VDE标准0884《安全电气隔离用光电耦合器要求和试验）。1范围
本标准适用于额定电源电压不超过1000V的、在电路中做安全电气隔离用的光电耦合器。
2定义
2.1光电耦合器optocouplers
是指一个外壳内含有一个或多个发射器和一个或多个接收器的器件，某些情况下还包括相关的控制器或输出电子线路。发射器和接收器之间是靠光谱范围内的辐射传输数据的。注：也包含通过光传输作用达到输入和输出之间安全电气隔离用的组件。2.2安全电气隔离safeelectricalisolation安全电气隔离是阻止一个电路的电压施加到另外一个电路的隔离。“安全电气隔离”也要求当电路万一出现故障时应具备基本绝缘。2.2.1故障fault
指光电耦合器和（或）在危及安全的外围电路的元件或功能失效。2.2.2附加绝缘maininsulation
对触电进行基本防护而对带电件施加的绝缘。注：基本绝缘不需要与功能绝缘相同。2.2.3附加绝缘additionalinsulation附加绝缘是除了基本绝缘之外的一种独立绝缘，以便在基本绝缘万一失效的情况下，仍能保证防止触电。
2.2.4双重绝缘doubleinsulation双重绝缘是由基本绝缘和附加绝缘组成的绝缘。2.2.5加强绝缘reinforcedinsulation加强绝缘是对带电件施加的单独绝缘系统，其防触电等级等于本标准规定条件下的双重绝缘。
中华人民共和国电子工业部1995-08-18批准YKAONrKa
1996-01-01实施
SJ/T10686—1995
注：这不意味着该绝缘必须是一体化的，它可以由多层材料构成。但各层不能单独地按附加绝缘或基本绝缘进行试验。
2.2.6局部放电partialdischarge局部放电是仅指局部跨接在两个电极之间的绝缘体上的放电。2.3限值limitvalues
2.3.1工作限值operational limitvalues工作限值表示光电耦合器可以正常工作，对其工作和安全没有有害影响的电气、湿度、机械方面的限值。
2.3.2安全限值safetylimitvalues安全限值是指在光电耦合器可以工作的范围内，其安全电气隔离不低于基本绝缘的电气、温度和机械方面的限值。在这个范围内，光电耦合器的其余功能可受有害影响或破坏。安全限值是：电流Isi，电压Us，功率P.和温度Tio2.4电压Voltages
2.4.1绝缘电压UioRM或UioinsulationVoitageUioRMorUio该电压是允许施加到器件上的最大连续的电压。该电压可以是一个周期峰值电压（包括交流蜂值电压）UioRM或直流电压U1o02.4.2试验电压UprtestVoltageUp试验电压是施加在光电耦合器上，用以检查其隔离能力的一个电压。交流试验电压和电涌试验电压之间有区别。下面提到所有交流试验电压均为峰值电压。2.4.3瞬态过电压UtrtransientovervoltageU.瞬态过压可以是：
2.4.3.1通断过电压switchingovervoltages设备中给定点由于特殊通断在工作状态或故障状态时，导致的瞬态过电压。2.4.3.2雷击过电压lightningovervoltage特殊的雷电放电导致设备中给定点的过电压。2.4.3.3操作过电压operatingovervoltage设备操作时，预定施加必要的过电压。2.4.4额定绝缘试验电压ratedinsulationtestvoitage额定绝缘电压大于或等于在有关的工作等级情况下发生的最大瞬态过电压。额定绝缘试验电压是规定间隙的基准电压。2.4.5局部放电试验电压UiN'TTLALpartialdischargetestvoltageUuttlalUiNTTLAL是局部放电试验的最大试验电压，它是交流试验电压。UINTTLAL=UTR
2.4.6局部放电截止电压U。partialdaschargecutoff voltageU局部放电截止电压U。是指当试验电压从一个超过起始电压的值逐渐降低到试验电路中还能观测到局部放电的最低电压。在实际情况中，U。是一个局部放电强度等于或小于一个规定的较小值的最低电压值。2.5绝缘电阻RinsulationresistanceR绝缘电阻是在规定的气候条件和试验电压下，短路的输入端子和短路的输出端子之间的-2
YKAOMrKAca
电阻。
2.6间clearance
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间隙是指在两导电件之间在空气中测得的最短距离。2.7肥爬电距离creepagedistance爬电距离是指在两导电件间沿绝缘体表面测得的最短距离。2.8耐漏电起痕trackingresistance耐漏电起痕是指绝缘材料阻止因受漏电流的影响绝缘体局部热分解而产生漏电沟痕的能力（引自IEC112)。
2.9污染等级
与IEC664和664a规定一致。
2.10温度
2.10.1工作温度范围TambservicetemperaturerangeTamb工作温度范围是光电耦合器可以正带工作的上限温度和下限温度之间的范围。2.10.2存贮温度范围TsrgstoragetemperaturerangeTstg存贮温度范围是光电耦合器可以存贮的上限温度和下限温度之间的范围。2.10.3安全极限温度TsafetylimittemperatureT安全极限温度T是在故障情况下所允许的外壳最高温度。2.11试验类型typesoftest
2.11.1非破坏性试验non-destructivetests非破坏性试验是指当光电耦合器通过该试验后其机械性能或电性能仍保持不受影响的一种试验。
2.11.2破坏性试验destructivetests破坏性试验是指光电耦合器通过该试验，其机械性能或电性能可能已受应力，为此光电耦合器不能连续使用，或光电耦合器的正常寿命要减少的一种试验。2.11.3型式试验typetests
型式试验是在规定数量的同一个型号的光电耦合器上进行的一个完正的系列试验。该试验是破坏性试验。
注：型式试验通常确定光电耦合器在试验条件下，它的所有参数在总体上是否满足设计要求。型式试验通常是在工厂中生产的产品上进行。2.11.4随机试验randomtests
随机试验是在正常生产的相同的一批光电耦合器中，随机选择几个样品进行试验。它们可能是破坏性试验也可能是非破坏性试验。2.11.5日常试验routinetests
日常试验是在每个光电耦合器上进行的试验。它是非破坏性试验。3要求
光电耦合器在工作极限和安全的限值中使用时，其输入和输出之间绝缘隔离性能应可靠地保持表1中给出的数据。
注：另外，光电耦合器的使用者应确保在任何时候，一且故障时光电耦合器的电流，电压和温度的安全限值都要得到保证。
YKAONKa
1.气候试验等级
2.抗电强度
2.1绝缘电压
2.2试验电压
输入/输出
3.局部放电截止电压
最高允许过电压
4.环境条件
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表1光电耦合器的安全电气隔离要求要
（瞬态过电压）
5.爬电距离和间腺的数值1
5.1绝缘体耐飞弧起痕的数据
5.2允许工作温度范围和贮存温度范围6.在如下温度绝缘电阻的最小值Tn=25t
Tmx（但最小为100℃）
7.故障条件下的性能
7.1绝缘电阻
数值图表中的数值和数据
数据与IEC68第1部分一致
Uiom或Uio,V
1.6×UIORM(蜂值),V
U.（峰值）
U（峰值）
污染等级与IEC664的6.3条一致
数值与IEC664的表2和表4的图表注释一致耐飞弧起痕的图表数据与IEC112的第1部分；CTI175一致。Ⅲ组材料与IEC664一致。TmbminTambmax
TagminTsmax
100在U=500V
10在U.=500V
安全值：电流I功率P.温度T
绝缘电阻R≥10a在T下(U。=500V）注1）：如果使用了印制板，则肥电距离和间隙可以低于这个值（例如，在焊孔中心之间7.5mm的标准距离）如果这个值不允许，则用户应采取适当的措施。试验方法
本章包括了按第5章规定进行试验时的电气试验方法。所有试验应在下面环境条件下进行（除非另有说明）：
温度：15~35℃
相对湿度：45%~75%
大气压力：86106kPa
（与IEC68第1部分的试验气候相当）对测量有争议时，应采用下面的环境条件：温度：23±1
相对湿度(50±2)%
4.1局部放电的测量
4.1.1试验（型式试验和随机试验）本试验的目的是确定在不同电路之间的绝缘内部或绝缘表面的起始局部放电电压或者放电截止电压是否比连续施加到器件上绝缘电压UtORM高出20%。YKAONKa
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在试验时，输入连接端子(发射器)和输出连接端子(接受器)都分别短路。测试样品输入和输出之间的电压应增加到起始电压UINITTAL（50Hz）（以每秒最小100V），并且保持10s。局部放电可以发生，但无击穿。电压应按数据表减少到U。，在U。点局部放电不应超过规定的电压。
UINITTAL是电网中产生的最大瞬态过电压（见表2）即UINITTAL等于在工作等级和额定电网电压条件下的UTR。
表2以额定电压和过压限值为基础的绝缘试验电压的优先值电网电源额定电压U.（V)
（这里为Um）或U.（V)
注：关于工作等级的描述，见注释。U.按下式计算：
U。=KU1ORM
k=1.2适用于环境试验后的加强绝缘。k=1.0适用于基本绝缘。
4.1.2测量电路
各工作等级的优选绝缘试验电压（V)V
U_=试验电压；Z=滤波器；Z.-测量阻抗，PD=局部放电设备：C,=耦合电容；P，=被试样品，可以认为是一个电容器图1测量局部放电截止电压的电路图4.1.3测量电路和测量设备的说明4.1.3.1测量电路
测量电路的主要组成是：
P，一一被试样品，可以认为是一个电容器：C——耦合电容；
Z.——由测量阻抗，连接线和测量仪器的阻抗组成的测试阻抗：YKAONrKa
Pp—局部放电测量设备；
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Z一阻抗或滤波器，用来防止由高压源给出的放电脉冲短路和减少电压源的干扰。如果没有使用阻抗或滤波器Z，则高压源电容器可以代替耦合电容器。被试样品中的局部放电导致测试电路中电荷均衡和通过测量阻抗引起电流脉冲，与被试样品和耦合电容器相连在一起的测量阻抗，确定了被测脉冲电压的持续时间和形状。脉冲在测量装置中以如下方法处理，即在测量装置中显示出与视在电荷成比例的读数。4.1.3.2测量电路的性能
取决于测量频率范围，有关测量电路可以分成两组，宽频带和窄频带。为了保持低于扰水平，采用窄频带测量电路。窄频带被定义为：
Af≤15kHz
局部放电检测器的中频响应应在150kHz～5MHz之间。必须保证不在测量电路的谐振频率上进行测量。4.1.3.3测量电路的比例系数k
比例系数k是将测量设备的读数放大的一个系数，以得到一个被放大的、以pC（微微库仑计的局部放电量。比例系数取决于带有测量设备的测量电路的性能，所以必须针对每个新型被试样品进行校准。被试样品中的电容器相对有大的变化时，也必须进行校准。4.1.3.4测量阻抗
测量阻抗通常的作用象频率响应经选择的四端网络一样，要使测量设备与测量频率电压隔离。在纯阻的情况下，上述可以通过电阻并接一个的电感，或通过给电阻和测量线之间串联一个电容来获得。测量阻抗可以由一个电阻器，一个由电阻器和电容器组成的并联电路，调谐电路或者更复杂的滤波电路组成。测量阻抗经常调谐到测量设备的测量频率上。4.1.3.5耦合电容器
耦合电容应仅仅有一很小的电感、并且它的谐振频率不应小于所选择中间频率的三倍。4.1.3.6测量视在电荷q的设备
由局部放电产生的电流脉冲在测量阻抗的端子上产生一个信号。对于短脉冲信号是一个电压脉冲，该脉冲的峰值与被试样品的视在电荷成比例，分离脉冲可以在阴极射线示波器上显示，并通过计量来确定视在电荷的大小。脉冲能在整个线性时基上来显示，并且通过它自已的充电脉冲或测试电压触发。
示波器有助于在不同类型的局部放电之间，以及被测放电之间判定哪个是被测电荷哪个是外部干扰，在实际试验中测得的视在电荷的大小，通常是以最大的重复脉冲确定。4.1.4校准电路
YKAONKca
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U_=试验电压；Z=滤波器：C。=脉冲发生器的电容器；G=脉冲发生器；Z.=测量阻抗；PD=局部放电测量设备C=耦合电容器；P,被试样品可以认为是一个电容器。图2校准整套试验电路的校准电路4.1.5校准
4.1.5.1概述
校准主要有两种不同的基本方法，一种是对测量设备的性能进行全部测定，包括校准最小的细节，这种校准在每次修理后进行，以及至少每年进行一次。第二种是对在整套试验电路中的测量设备定期进行的校准。该校准在每次试验前进行，如果对很多相同的试验样品进行试验，由用户确定适当的校准间隔。第二种校准包括证实试验电路中的测量单元能否测量1pC的值。
4.1.5.2测量设备性能的确定。
测量设备性能和校准的测定应按照制造厂说明书规定的条件或按照适用的校准（例如IEC270(1981))在所有的测量范围内进行。校准应包括测量阻抗Z.和所有连线。4.1.5.3对测量视在电荷9的测量设备校准对单次放电视在放电电荷q的测量设备的校准是通过测量阻抗Z.送出一个视在电荷q0=5pC的短电流脉冲的测量设备进行校准。脉冲发生器应给出一个方波电压上升时间小于50ns，方波电压的下降时间为100～1000μso
4.1.5.4整套试验电路中测试装置的校准对整套试验电路中测试装置进行校准，是为了确定连接被试样品后的比倒系数K，这个系数用试验电路特性来确定。校准应对每个单独的被试样品重复进行。除非测试是在一组相同的被试样品上进行，该被试样品的电容值离均值偏差不大于土10%。器件的日常试验经常属于这种情况，在这种情况下，在开始试验前，至少每天要进行校准。本校准可以用来证实放电的最小测量值。这个最小值由背景噪声电平和测量电路特性来确定。校准只需要在测量的一个或几个值上进行。对安装在整套电路中、用来测量9设备的校准，应当按照图2中的说明，送入一个短电流脉冲到被试样品的端子上进行。用同样的方法获得校准脉冲，并且应当满足4.1.5.2条规定同一要求。对整套试验电路的校准应当在不给被试样品施加试验电压情况下进行。7
YKAoNrKa
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在将试验电压施加到测量装置之前，脉冲发生器应当拆去。4.1.6试验性能
4.1.6.1一般要求
当测量局部放电时，为了获得可重现的结果，需要对所有有关因素进行监视，以下各条款规定关于被试样品和试验电压的要求。4.1.6.2规定试验电压下的局部放电电压的确定4.1.6.2.1方法a型式试验和随机试验。将远远低于局部放电起始电压的一个电压施加到被试样品上，然后慢慢地增加到规定值。这个规定的测试电压值就是局部放电起始电压UiNITIAL，在这个起始电压下，局部放电可能发生，将该电压维持规定的时间ta内，然后缓慢地减少到局部放电试验电压U值。在此电压上维持规定的试验时间t，并在这个时间内，以规定的时间间隔t。测量局部放电电压。
图3时间—
4.1.6.2.2方法b)随机试验
图4时间—
一测试电压图
一测试电压图
施加局部放电试验电压为U,r。将电压在此电压上维持规定的试验时间，并在这个时间内以规定的时间间隔。测量局部放电电压。8
HYKoNKa
4.1.7说明
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绝缘试验电压不应超过局部放电起始电压UINITLAL。如果在局部放电起始电压UiNITLAL下测不到任何局部放电（见表2)，则不得继续增加被试样品上的试验电压。
不应从被试样品的局部放电测量值上减去噪声电平的数值。另外，应考虑最大工作绝缘电压UIORM，因为在实践中，每一种形式的脉冲都在绝缘上形成一个负载。
局部放电qC的量值是在测量时间t。中，甚至在短时间内测得的最大局部放电值。4.1.8测试条件
起始时间
局部放电起始电压
试验电压
局部放电测量时间
加载时间
上升/下降时间
瞬态时间
环境温度
标准值
最小测量值
局部放电测试限值
耦合电容器
4.1.9安全要求
方法a)
tind=10s
UINTTAL见表2
U=1.6UIORM
tp=60s
tp=62s
t1.t2=1~10s
tg,ta=1s
Tmb=15~35C
150kHf5MHz
Af≤15kHz
qo=5pc
qmin=1pc
qc= SpC
Ci≥InF
方法b)
.=1.6UORM
t,=ls(暂定)
t=1.2s(暂定)
t3,t=0.1s
Tmb=15~35C
150kHfo≤5MHz
Af≤15kHz
qo=5pc
Qmin=1pC
qe=5pC
C≥InF
不小于5pC的视在局部放电电平qc已经被认可为光电耦合器的典型值。希望有较低的值，但是目前技术上不能达到。在符合4.1.8条的测试条件下，在局部放电测量时间t。内，指示的局部放电电平qc应不超过5pC。4.2抗电强度
4.2.1试验
抗电强度试验时，分别短接输入端子（发射器）和输出端子（接收器）。在输入端和输出端之间施加交流试验电压
它们的值从下式得到：
U.r=1.6UIORM
符合4.1.6.2.1方法a)和4.1.6.2.2方法b)的电压的施加时间为：对于型式试验Imin。
对于日常试验Is（暂定值）
4.2.2测量方法
见4.1.2条
4.2.3评定依据
HYKONKa
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试验时，不应发生任何超过规定值的局部放电。局部放电限值=5pC。4.3绝缘电阻
4.3.1试验
绝缘电阻试验时，分别短路输入端子（发射器）和输出端子（接收器），在输入端子和输出端子之间施加直流电压500V、1min，然后测量绝缘电阻。4.3.2评定依据
绝缘电阻应不低于下表值：
1×1012
温度C
Teabmax,min
但最低为100
X=测试样品：C,=1nF；R,=1ka；Rz=4Mn；R,=100MO；R,=0.1MO;R,=15Mn;图5电涌试验
注：该试验是暂定试验。
4.4电涌试验与IEC65的10.1条，图7a致在可触及件与有触电危险的部件之间的绝缘应耐10kV，50次的放电试验（每分钟最多12次）。
紧接着用00V直流电压进行绝缘电阻的测量，其R，应不小于10°Q。5试验方案
5.1型式试验
试验样品应是能代表某一个型号产品的样品。由至少80个相同型号的光电耦合器，试验样品分成三个试验组，并且按5.5条和表3所示顺序进行测量和试验。个试验组的所有试验样品均应满足单独判据的要求，任何一个试验样品不应失效。如果在一个试验组内一个试验样品失效，则应在另取相同数量的样品重复进行该组的试验，但是在该试验组内，不应再发生失效。经过型式试验的试验样品不得再使用。
5.2随机试验
从正常产品中均勾批中抽取的试验样品上进行。它检验光电耦合器规定性能或数值。随机试验还在选定的数据上对产品监督，随机试验样品的大小由制造方与试验站协商。试验范围应取自5.5条。
5.3日常试验
试验的范围应取自5.5条。
HYKoNKa
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进行日常试验是为了证实刚刚生产的光电耦合器绝缘是否良好，工作性能是否正确。5.4绝缘材料的试验
5.4.1耐漏电起痕
采用的绝缘材料和它的耐漏电起痕是确定光电耦合器额定绝缘电压的重要因素。绝缘材料的评价和相比漏电起痕指数(CTI)确定。应采用IEC112第1部分。5.4.2绝缘材料的温度性能（燃烧性能）绝缘材料温度性能的评价应按IEC695第2-2部分进行。试验火焰的施加时间为ta=10s。
5.4.3绝缘材料的极限温度
绝缘材料的极限温度应按IEC216的第1部分和IEC216第2部分进行测定。该极限温度应至少比安全极限值高20℃5.4.4陶瓷绝缘材料
如果使用陶瓷绝缘材料，则应满足IEC672的第1部分要求。5.5试验类型和进行的顺序见表311
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