爬電距離和電氣絕緣和光耦選用有什麼關係？

前幾天釋出了一篇關於使用光耦元器件來實現微控制器IO口隔離的文章，那篇文章裡只是簡單地介紹了選用光耦時的注意事項以及使用光耦搭建一個簡單的微控制器輸出電路，本文繼續來介紹一些關於光耦更多的用法。以下內容是書本上絕對沒有的知識，是我自身做安規時和認證公司 “鬥智鬥勇”的慘痛經驗總結。

電氣間隙與爬電距離

我們使用光耦的目的，其實就是隔離兩個用電部分的電氣關係，使其處於兩個獨立的電氣系統中，從而實現隔離的目的，可以說隔離的最終本質其實是使用光耦的電光-光電轉換原理使兩個電氣部分的控制端處於一種絕緣的狀態，但是又能達到控制的目的。而所有物體的絕緣都只是一個相對量而已，只要兩個電氣部分的電壓差過大，那麼再強的絕緣也會被擊穿，這就好比是閃電擊穿空氣到達地面一樣。

而我們做安規的時候選用光耦，法規上也會特定對光耦的絕緣等級進行評估，這個評估的最好反應就是光耦的爬電距離和電氣間隙。

爬電距離是沿絕緣表面測得的兩個導電零部件之間或導電零部件與裝置防護介面之間的最短路徑。即在不同的使用情況下，由於導體周圍的絕緣材料被電極化，導致絕緣材料呈現帶電現象。UL、CSA和VDE安全標準強調了爬電距離的安全要求，這是為了防止器件間或器件和地之間打火從而威脅到人身安全。

電氣間隙是在兩個導電零部件之間或導電部件與裝置防護界之間測得的最小距離。

這也就是說，我們如果這個光耦是選用在一個隔離系統中時，在今後做安規認證時，一定要事先將光耦的爬電距離和電氣間隙這兩個引數確定下來。比如醫療器械國家標準GB9706。1（其實是借鑑了國際標準IEC60601-1）裡面就規定了某個測試條件下，兩個用電部分的電氣間隙和絕緣等級。

而在我們一些應用中，比如開關電源，這種介面卡的交流電壓側和輸出電壓側是完全隔離的，其中直流電壓的輸出被稱為“二次側”，交流電壓的輸入（網電源的輸入）被稱為“一次側”，一次側和二次側是完全隔離的，但是如何將一次側的能量傳給二次側呢？很簡單，就是高頻變壓器，而二次側的輸出電壓再透過光耦直接反饋給一次側進行環路控制。

面對這樣的電路，這個光耦的安規特性在這裡尤為重要，主要體現在要抗住一次側例如浪湧或者高壓的湧入，保護二次側的用電器和人。因此安規對這個光耦的爬電距離以及光耦之間的電氣間隙有了很高的要求。

光耦的電氣間隙很好理解，就是其兩個引腳之間的距離，這個直接受光耦封裝的影響。而光耦的爬電距離計算起來就比較麻煩，最好的辦法就是實際去測量，但是封裝對其也是有影響的。這也就是為什麼市面上的光耦發展了這麼久，它們還是這麼大的原因。

這個以後在選用光耦的時候，一定要去重點了解你在行業安規要求的爬電距離是多少。為什麼我一直強調爬電距離呢？因為電氣間隙非常好辦，直接開槽就可以解決，但是爬電距離是實實在在光耦本身的物理特性所決定的。有些行業特別注重這一特性，比如醫療行業，因此還有特別針對醫療行業生產的特殊封裝的光耦。

除了考慮這些物理距離以外，更具你做認證的要求，還需要注意光耦自身的絕緣電壓。如下PC817的引數。

比如這個光耦絕緣電壓5000V，那麼醫療認證IEC60601-1規定MOOP時候的絕緣電壓要達到6000V，那麼這個光耦顯然就無法被使用在設計中了。

光耦的輸出電流

還有一點可能最被大家忽略的是，選用光耦時一定要注意它的輸出電流。因為之前我們在用TLP521驅動一些中間繼電器時，由於中間繼電器需要很大的驅動電流，因此有時候根本打不開，後來更換了輸出電流較大的TLP627才解決了這個問題。所以大家選用時要注意，特別對於做工控和自動化的小夥伴們，中間繼電器可以你們的最愛啊。

過零光耦

在我們平時控制的物件中，控制交流電壓時，會用到一種叫做“雙向可控矽”的元器件。比如，控制某個交流電熱絲，為了達到絕緣的目的，會使用光耦加雙向可控矽的方式來控制。但是雙向可控矽是一種非常神奇的器件，它能很輕鬆地被開啟，但是想要關斷它卻很麻煩，需要可控矽裡面流經的電流為0時才能正常關閉。

因此，有一種特殊的光耦叫做MOC-3061可以實現這個功能，它是一種“過零光耦”，即哪怕提前給光耦一個關閉雙向可控矽的訊號，這個光耦會延遲直到雙向可控矽裡面的電流為0時，再去執行關閉的動作。

總結一下光耦的選用步驟：

1、 確定設計產品的定位，以及需要達到的絕緣電壓等級；

2、 確定訊號輸出的型別，低頻訊號還是高頻訊號，選用能滿足訊號響應的光耦；

3、 確認光耦的爬電距離，以選用相應封裝的光耦。

光耦應用電路

訊號輸出：

訊號輸入