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发表于 2025-7-25 07:23:50

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来自 中国重庆

在现代电力系统中，电源的安全稳定运行至关重要，而其中的隔离屏障则是保障这一目标的关键所在。它宛如一道坚固的防线，横亘在电源的输入侧（原边）与为负载供电的输出侧（副边）之间，有效阻止电流直接跨越两侧，同时又能高效地实现功率和数据的传输。这种巧妙的设计主要依托变压器进行功率传递，并借助光耦合器或数字隔离器来完成控制信号的反馈。现在，让我们一同深入探究其中的核心概念——工作电压、测试电压以及影响隔离性能的各项关键因素。 一、工作电压与测试电压详解工作电压

也被称为“持续电压”，是在电源正常运行状态下，隔离屏障两侧所承受的最大电压差。这一数值对于确定电源的绝缘要求和安全等级起着决定性作用。它并非单一取决于输入电压，还受到系统整体配置的影响。例如，在不同的电路拓扑结构和负载条件下，即使输入电压相同，工作电压也可能有所差异。

测试电压（介电耐压）

又称“介电耐压”，指的是绝缘材料（即“电介质”）能够耐受而不被击穿的最高电压。这是衡量材料绝缘性能的重要指标，代表着材料维持隔离状态、阻止电流通过以确保安全的临界阈值。基于此概念开展的介电耐压测试（高压测试或耐压测试），会在隔离屏障上施加远高于工作电压的高电压，并持续特定时间（通常为1秒或60秒）。其中，1秒测试多应用于生产过程中，旨在防止元件因长时间高压而退化；而60秒测试则更为严格，常用于产品的型号批准和认证环节。不同行业标准对工作电压的倍数关系、测试时长以及测试波形均有明确规定，以此全面验证绝缘系统的完整性。

二、隔离的关键考量因素剖析电气特性与物理设计要点

工作电压：如前所述，是评估电源安全性的基础参数之一。介电耐压：通过短时高压测试来检验绝缘材料的极限强度。绝缘类型：包括基本绝缘、附加绝缘、加强绝缘或双重绝缘等多种形式，不同的应用场景和安全需求会选择相应的绝缘方式。电气间隙：指两个导电部件之间通过空气的最短距离，其作用在于防止空气被击穿形成电弧。该距离的大小需综合考虑工作电压、过电压类别、污染等级等因素。爬电距离：则是两个导电部件沿绝缘材料表面的最短路径，主要用于防止电流沿表面产生电痕。它的确定同样依赖于工作电压、过电压类别、污染等级以及材料的抗电痕化性能等。污染等级：描述了设备在正常运行过程中，其绝缘表面可能积聚的导电污染物的数量。污染程度越高，所需的爬电距离就越大。例如，在清洁干燥的环境中（如密封电子设备内部），污染等级较低；而在厨房、工厂等存在导电污染或潮湿的环境中，污染等级较高；至于有大量盐雾的户外环境或化工厂等场所，污染等级达到最高级别。每个污染等级都对应着一个乘数，用于调整每千伏工作电压下的基本爬电距离。比如，若基本爬电距离为2mm/kV，对于适用于PD4环境的电源，要求的爬电距离将变为2mm×2.5 = 5mm/kV工作电压。过电压类别（OVC）：反映了电源预期工作的电源等级。类别越高，意味着面临的瞬态电压峰值越大，因此需要更大的电气间隙和更高的测试电压来确保安全。具体来说，CAT I适用于受保护的电子电路，如电池供电设备和有限能量的次级电路；CAT II常见于本地电器，如家用和便携式工具；CAT III涉及建筑设施中的配电盘和固定线路；CAT IV则针对设施电源端，如引入线和一次配电系统。海拔高度：随着海拔的增加，空气密度逐渐降低，导致介电强度下降，电弧风险相应增大。像IEC 60664-1这样的国际标准规定了当海拔超过2000米时，应对电气间隙应用降额系数。例如，在5000米的高海拔地区，所需的电气间隙可能比海平面高出50%甚至更多。

交流与直流输入的区别对待：在交流设计中，由于峰值电压和瞬态电压的存在且较为严苛，所以需要更加坚固的绝缘结构和更大的间距来保证安全。

三、标准多样带来的挑战与应对策略众多标准的并存现状：在电源隔离领域，存在着多个不同的标准体系，每个标准都有其独特的要求。常见的有IEC 60950-1（现已被IEC 62368-1取代），适用于IT和电信设备；IEC 62368-1作为现代替代标准，同样服务于音视频、IT和电信设备；IEC 60601-1专注于医疗设备，特别强调患者/用户的安全防护；IEC 61010-1针对实验室和工业设备，尤其是测试和测量设备的电气安全；IEC 60204-1常用于工业机械系统，通常与IEC 61010配合使用；还有专门针对太阳能逆变器和光伏设备的IEC 62109-1/-2等。这些标准的多样性使得制造商在产品设计和合规性方面面临巨大挑战。监管与认证机构的差异化要求：除了上述行业标准外，各个地区的监管和认证机构也有自己的一套规定。例如，美国的UL（美国保险商实验室）、欧盟的CE（欧盟符合性认证）、中国的CCC（中国强制性认证）以及日本的PSE（日本电气设备和材料安全法）等。它们在测试方法、合格判定准则等方面可能存在差异。以耐压测试为例，CE可能要求在某些特定电压水平下进行1秒测试，而UL则可能在另一电压水平下要求进行60秒测试。这就迫使制造商必须精心梳理并满足各种复杂的“需求拼凑”，以实现全球市场的合规准入。

四、RECOM的专业支持与资源分享丰富的产品线满足多元需求：RECOM拥有广泛的电源产品组合，无论是嵌入式和物联网系统中使用的微型转换器，还是工业和自动化应用中的重型转换器，都能提供合适的解决方案。值得一提的是，其用于工业和自动化电源的RACPRO1 DIN导轨系列凭借卓越设计荣获2025年红点产品设计奖。此外，RECOM的产品还广泛应用于医疗、电信、网络、铁路和交通等多个领域。定制化设计与专家指导：每个RECOM电源都经过精心设计，以确保完全符合其预期应用的隔离、工作电压与测试电压要求。而且，RECOM的专业团队能够为客户提供宝贵的指导，帮助他们顺利应对隔离法规的复杂性。知识资源助力技术提升：《AC/DC、DC/DC和EMC知识手册》汇聚了大量关于实现高效AC/DC电源设计的实用见解和专业知识；《AC/DC电源能效：基本要素快速指南》博客则为客户介绍了生态设计法规的相关内容，助力企业提高产品的能源效率和可持续性。

五、总结 电源隔离作为电力系统中的重要环节，涉及众多技术细节和标准规范。从工作电压、测试电压到电气间隙、爬电距离，再到污染等级、过电压类别以及海拔高度的影响，每一个因素都需要仔细考量。同时，面对纷繁复杂的行业标准和监管要求，制造商需要具备强大的技术实力和丰富的经验才能确保产品的安全可靠性和全球合规性。在这个过程中，像RECOM这样的专业厂商凭借其卓越的产品性能、全面的技术支持和丰富的知识资源，无疑为行业树立了标杆，也为广大客户提供了可靠的选择。无论是工程师在进行产品设计选型，还是企业在选择供应商时，都应充分重视这些关键因素，以确保电源系统的稳定运行和长期可靠性。

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