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作者：ADI公司Mark Cantrell 標準是一種資產——如果您了解它們的話 本文探討如何有效使用IEC(國際電工委員會)安全標準，以便從數百項可用標準中找出與問題相關的標準，探索設計的限制條件。IEC的標準和支持文件常常被設計人員視為累贅，但如果您對其包含的內容有一些了解，知道如何查找和使用它們，最重要的是知道從哪里起步，那么它們其實是一筆巨大的財富。本文將說明如何使用從多家安全機構免費獲得的信息來構建標準之間的關系圖。 設計工程師是富有創造力的一群人。在尺寸、成本和性能的約束范圍內優化電路設計，好比是藝術家在可用色彩和畫布類型的約束范圍內描繪肖像。設計工程師的調色盤就是各種可用元器件和最新的架構思想，結合一些原創貢獻，就能做出前所未有的東西。衡量設計成功與否的標準是簡潔和精致。不幸的是，對設計的簡潔性和精致性打擊最大的莫過于要遵從洋洋灑灑300頁的安全規則手冊，而且其中的一些指南看起來并無明確的道理。在處理安全標準上，工程師們似乎在兩個極端之間搖擺不定。 一個極端 第一個極端是對安全標準幾乎一無所知。例如，有這樣一名工程師，他從與別人關于水冷卻器的交談中了解到一些安全規則， 于是就奮勇前進，做出滿足這些經驗法則的最精致設計，期望在將原型送往安全機構認證時萬事大吉。這對于創新來說是極好的，但如果設計必須重來以滿足相關的標準，就很不劃算。更糟糕的情況是，某些不安全因素可能逃過認證過程的檢查，給最終客戶帶來傷害。 第二個極端是產品安全在設計中根深蒂固，形成了一種窒息創新的設計文化。每個設計都是基于之前的設計，行之有效的安全技術毫無變化地從一個設計沿用到另一個設計。這種方法通常會產生安全的產品，但不利于設計創新或改良，創造力被限制在項目的細小部分上。這無疑是安全的做法，但設計人員無成就感，而且會妨礙他們推出與競爭對手不同的突破性產品。例如，通過應用IEC 60112所述的相對漏電指數(CTI)測試，可以使實現尺寸更小的隔離器件。按照更高的CTI等級對封裝材料進行特性測試，可將封裝的爬電距離要求從8 mm降至4 mm，使器件尺寸縮小一倍或更多，進而可縮小PCB的整個隔離邊界和應用整體的尺寸。如果設計人員對標準做一些研究，找出解決之道，就能實現此類優化。 為了在這兩個極端之間取得平衡，設計人員有必要及時探查安全標準并評估器件和創新技術。但是，這些標準似乎高深莫測，難以把握。 IEC制定和維護的一系列標準應用最為廣泛，它發布了數百項世界通用的安全和兼容性標準。但是，設計人員怎么才能知道必須購買、閱讀、應用哪些標準呢？所有標準都不是免費的，而且許多公司并沒有專職人員來協調安全標準。 解決之道 解決這個問題的一個簡單辦法是設計機構確定應用和行業適用的頂層系統標準，買下來并弄清楚。有時候，這不是像看起來那么簡單。系統級標準代表了適用于產品預期用途的系統安全方面多年經驗的精華。這些標準每隔幾年更新一次，以反映特定領域的最先進技術。標準本身是由行業領導者、學術界和安全認證機構組成的委員會進行編制和維護。系統級標準通常篇幅很長，可能多達600頁，其內容非常詳盡，據此足以做出大多數設計和測試決策，而不必購買其它文件。然而，每個系統級標準背后都有大量信息，這些信息可以厘清要求背后的思維過程，說明標準中潛藏的靈活性及其背后的思想。IEC標準的相互關系圖可以揭示系統級標準未明確反映的事情。 下面通過一個例子說明從標準預覽中可以提取哪些信息，請參考圖1。它是信息技術系統級標準IEC 60950的“引用標準”圖。引用標準指關于某項主題的權威標準或文件，是應用原標準所不可缺少的文件。為了簡化該圖，使其不需要折頁，我們將其范圍限制在隔離相關的主題。文件按照其主要功能和在文件層級中的大致地位而分為若干類別，具體包括： 1. 系統和零部件標準——代表探索的起點。 2. 協調文件——處理特定類型的安全問題，以便能被多種系統級標準使用。 3. 測試方法——以規范形式說明如何評估安全的某一方面以確保獲得一致且可比較的結果。 4. 說明文件——解釋分析技術和設計原則。 5. 分類文件——將材料和環境分為業界商定的組別。 
圖1. 支持IEC 60950的絕緣相關文件網 不同類型的文件通過不同的顏色來突出顯示它們的相互關系。考察圖1可發現文件相互關系的基本結構。系統標準引用協調文件，協調文件引用測試方法，測試方法進而引用說明文件，最后說明文件引用分類文件。這些關系反映的是一般的模式，不是一成不變的。它們可以是系統級標準直接引用的獨立文件，或是相互聯系的參考文件網。本例從信息技術標準IEC 60950開始，它是許多應用類型最常用的標準之一。注意，該系統標準引用了其它系統和零部件標準，原因如下： 1. 它們具有相同的絕緣要求。 2. 一個裝置可以用作一個子系統，例如開關設備(IEC60947)。 3. 光耦合器等常用安全器件有其自己的安全標準(IEC60747-5)。 引用的每一種子系統或器件都可以根據其自己的標準獨立認證，從而無需多余的分析和測試便可輕松集成到更大的系統中。還有一點需要注意的是，IEC 60950認證本身是醫療設備認證IEC 60601的一部分，因此它被完整納入另一個系統級標準。每個系統級標準都引用其自己的支持文件網，圖中未顯示，僅通過大箭頭表示。 IEC 60950的絕緣要求幾乎全部來源于關于絕緣的協調文件IEC 60664。這樣，許多系統級標準就可以整體引用該絕緣分析，正如上文所述。繼續上移便得到測試方法、說明文件和分類文件。 讓我們看看如何利用IEC追索文件的知識來探究一個常見問題。開發安全系統時，我們顯然想知道絕緣系統的壽命有多長，哪些因素會影響其壽命。IEC 60950系統標準對此并未提供很多指導。關于厚度和距離有許多要求，但并不清楚哪一個與系統的壽命相關，哪一個是用于應對瞬變。另外，關于如何根據這些要求來估算系統壽命也沒有說明。研究圖1可發現，左上部分處理的是絕緣擊穿和耐受性。主系統標準中刪除了幾個步驟，很多情況下，這意味著在系統標準反映此信息之前，相關指南和背景已與其它要求合并。 為了回溯基礎測試和分析技術，需要獲得一個或兩個低層標準，本例中是： 1. IEC 61251—電氣絕緣材料—交流耐壓—簡介 2. IEC 62539—電氣絕緣擊穿數據統計分析指南 研究這兩份文件之后，就可以回答絕緣壽命問題，或者確定新材料的壽命測試方法。在設計早期獲得這些信息可以指導材料的選擇和使用，長遠來看可以節省時間和資金。探索IEC標準的關系網有助于快速獲取這些豐富的信息。 此類文件圖對追查IEC甚至ISO體系(也會引用ISO文件，但本文未顯示)中的相關資源非常有用，但要找到或創建文件圖并不容易。本例中，我們花時間建立了這張圖，但為了構建圖1，我們并不需要真正擁有其中的任何文件。IEC網站允許預覽幾乎所有IEC標準，包括目錄、文件范圍和引用標準。這些信息足以讓我們了解特定標準的適用范圍及其引用了哪些其它標準。例圖就是利用免費預覽信息構建的，它讓我們有足夠的信心來鑒別特定標準。投入時間來構建此類關系圖極具意義。 |
