Vad tål en optokopplare?

[Nerre]

Nerre: Hur skulle du testa en optokopplares isolation (säg tex PC817)?

Jag jobbar ju med typprovning av apparater och då testar vi ju utifrån de krav som produktstandarden ställer. Så det beror alltså på vilken standard vi testar efter.

Vi testar alltså inte "vad den klarar" utan "att den klarar det standarden kräver". Sen hur standardiseringskommitteerna kommit fram till vad som skall krävas vete f-n.

[Nerre]

Snubblade precis över denna komponent. Där anger de VÄLDIGT tydligt vad den tål och inte. Kolla sidorna 19-21.

http://www.analog.com/static/imported-f ... 0_1301.pdf

[slarvern]

Oj, ja så skulle man vilja ha det i fler datablad. Här står ju faktiskt max arbetsspänning. Tabell 14 är ju riktigt bra.
Den här kretsen måtte vara rätt dyr...?

Har jag fattat rätt om de har 17um isolation och Viorm=560Vpk (1135Vpk unipolärt eller DC)? Ger ett fält på 67MV/m (Luft har 0.4-3MV/m, Teflon 87-173, Polyetylen 300 enl wikipedia). Någon som vet vad optokopplare har för material?

Undrar just vad som får optokopplar-tillverkarna att hänvisa (ibland) till externa dokument och inte ha med det i databladet.
Om de bara vill uppdatera information på ett ställe skulle de ju tex kunna använda text insets i sina dokument.

[Nerre]

Det handlar nog oftast om vilka kunder de riktar sig till.

Jag har ingen aning om vad den där optokopplaren kostar, den sitter i en pryl som jag testar just nu.

[slarvern]

Jag känner igen kretsen, den var på tapeten en gång när jag skulle överföra en i2c-buss från en referensjord till en annan (man slapp en massa optokopplare...).

Men jag tror (inte för att den är dålig - kanske snarare tvärtom?) att den isolerar med en annan teknik än optiskt. Det är något sorts transformator-mumbojumbo (läste inte så noga). Kanske är den så välspecad för att den använder en ny teknik. Optokopplare har väl funnits sen någon sa "varde ljus" så för att konkurrera måste de kanske ha ett bra datablad.

De här specifikationerna du testar för - är det rimligt att anta att testinstruktionen är utformad så att om en enhet överlever en viss stresstest (typ 3500Vrms under 1 minut) så har de (som utformat testet) statistik på att sannolikheten för skadligt överslag är tillräckligt liten?
Med "skadligt överslag" vet jag inte själv om jag menar ur funktionell eller säkerhetssynpunkt... Vad riktar man in sig mest på? Är det konsumentvaror borde kanske säkerheten komma främst? Eller?

[Nerre]

Ja jag jobbar med elsäkerhetsprovning och där är det självklart säkerheten som kommer i första hand. Att en apparat slutar fungera är normalt inget brott mot standarderna (om det då inte gäller en del livsuppehållande medicinska prylar, men det "räcker" med att de larmar vid funktionsbortfall).

Och det stämmer att standarderna specificerar typ att "en isolation som tål 3000 V i 60 s är ok som förstärkt isolation för arbetsspänningar upp till 250 V".

[slarvern]

Som fredagsnöje har jag pekat sönder en pc817-klon.
Den ser internt ut som på bilden på första sidan här:
http://www.jaycar.com.au/images_uploaded/optocoup.pdf

Avståndet mellan metalldelarna lysdiod-fototransistor verkar vara ca 1mm.
Materialet är någon sorts polymer som är lite gulvit - inte alls så genomskinlig som jag trodde. Den är rätt hård (nästan keramisk). Har ingen aning om genomslagshållfastheten, men det jag skulle kunna göra är att fräsa ut en snutt på en mm och spänna upp i en isolerad tving av nåt slag och testa isolationen för genomslag. Men den ser väldigt tålig ut.

Tittar man i tabellen om dielectric strength http://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_strength och byter enheten MV/m till kV/mm så stämmer siffrorna. Helium och luft är de enda som ligger under 5kV/mm. Så det är nog inte troligt att det blir överslag i materialet vid 2500VDC (såvida det inte är materialfel - men det testar ju produktionstestningen i 60s).

Återstår alltså åldring i materialet.
En poppis metod att accelerera åldrandet verkar vara att höja temperaturen.
Jag ska prata med nåra polymernissar nästa vecka, få se om de vet vad det är för något.

Notera: jag pekade isär en PVA33153 också (ett halvledarrelä) men den var helt annorlunda uppbygd - den hade ett elastiskt helt genomskinligt material mellan led och transistor och de låg horisontellt riktade mot varandra. Såg inte alls lika hållbart ut.

[slarvern]

Materialet är tydligen en sorts epoxy, även för ljusledaren. Om jag fattat rätt är det en 3d korslänkad polymer så den är lite starkare än vanliga polymerer. Skitsvår att lösa upp med tex aceton.

Jag pinade ur en tillverkare vad materialet hette men lovade att inte sprida det vidare. Mycket rotande hos materialtillverkaren gav ändå ingen utdelning i form av dielektrisk styrka eller tidsberoende dielektrisk styrka.

Det jag däremot hittade var Tg, glastemperaturen. Jag minns inte nu exakt vilken det var men den ligger nära eller under de accelererade tester Avago gjort i en appnote.

Nerre: insidan är ju en sak, men om man nu ska gå på utsidan och titta efter kryp och luftavstånd (stön). Finns det någon bra litteratur som leder rätt i standardiseringsdjungeln? Jag hade en bok med en fin tabell med ledaravstånd vs nätspänning men den har jag slarvat bort.
Jag antar också att det är olika standards för industri och konsumentprodukter? Borde vara högre krav på konsumentprodukter eller?

[Nerre]

Nej, det är ganska standardiserade krav faktiskt.

IEC 60664 är den standard som de flesta andra standarder baserat sina krav på, IEC 61010-1 (Mät-, Styr- och Laboratorieutrustning) är en standard som har nästan rakt av plockat kraven från 60664. Där räknar man alltså i vissa lägen fram kraven baserat på uppmätta spänningar. Annars är tanken att standardena ska ta fram "schablonvärden".

Luftavståndet är nästan uteslutande baserat på den högsta spänning som kan uppstå (toppspänning+transienter).

Krypavstånd däremot är mer baserat på RMS-värde och beror dessutom på materialets CTI (comparative tracking index). Tracking handlar om materialets förmåga att bilda kolbanor. Fukten i luften gör att det blir svaga (nA) krypströmmar, dessa värmer så fukten torkar, när det blir ett avbrott i krypströmmen blir det en svag gnista som gör att materialet kolas. Tillräckligt många sådana så får man en ledande bana.

Det som kan skilja mellan konsumentprylar och industriprylar är "pollution degree". 1 är helkapslade grejer (ex. inuti optokopplare), 2 är "normal" och 3 är smutsig miljö. Men vem som helst som öppnat en gammal TV kan ju räkna ut att där borde man nog egentligen se det som pollution degree 3...

Normalt räknar man med 1,5 mm luft och 3 mm kryp för grundisolation (och därmed tilläggsisolation), förstärkt isolation är det dubbla. Det är då spänning upp till 250 V, pollution degree 2, CTI >600 och en transientnivå på 2500 V (stickproppsansluten utrustning).

Det finns en del "kurser" om IEC 61010-1 på Nätet, där kan man nog hitta lite tabeller. Testa att googla lite.


Medicintekniska produkter har dock strängare krav (framförallt mot patient, nyare medicinstandarden skiljer på patient och operatör), anledningarna är flera. En patient har kanske nedsatt sensitivitet eller är medvetslös, olika typer av eletroder eller kanyler tar bort hudens normala skydd osv.

2,5 mm luft och 4 mm kryp (5 resp 8 för förstärkt isolation) gäller för dem.

(I nya utgåvan av standarden för medicintekniska prylar snackar man inte om grund/tilläggs/förstärkt isolation utan om MOOP och MOPP, Means Of Operator Protection och Means Of Patient Protection. MOOP är samma som i andra standarder, men MOPP är de strängare. Skyddsjord kan vara en MOOP.)

[slarvern]

Jag trodde man skulle ha 5mm mellan fas/nolla om de kontakteras på en stiftlist (metall-pcb-metall)? Nåja (var fan ÄR bokjäveln).

Finns det någon bra standard som talar om vad som gäller för stabiliserade spänningar på sekundärsidan?
Om jag tex bygger en grej som matas med 500VDC (kanske via en DC/DC konverterare, typ Farnell 1187173, http://se.farnell.com/hitek-power/gma50 ... dp/1187173).
Vi antar att jorden på lågspänningssidan är ihopkopplad med jorden på högspänningssidan, så vi bara har en nod att akta oss för.

[Nerre]

IEC 61010-1 har beräkningar för arbetsspänningar upp till 1 kV har jag för mig. Över 1 kV räknas som högspänning.

Dock blir det ju så att om spänningen är jordrelaterat då blir kraven strängare.

Om sekundärspänningen är flytande så är det ju ofarligt att beröra en pol, det blir ju ingen sluten krets (ens om du har andra handen på ett jordat element eller nåt). Då "räcker" det med att det är grundisolation överallt (det inkluderar grundisolation mot jord).

Då räknas det som enkelt felfall att grundisolationen kortsluts. Kortsluts isolationen mot jord blir spääninge jordrelaterad, men grundisolationen mot berörbara delar är intakt. Korsluts isolationen mot berörbara delar så är spänningen fortfarande flytande och troligen ofarlig (man måste mäta läckströmmen för att kunna avgöra det, en farlig spänning definieras som "en spänning som klarar att driva en farlig läckström").

[slarvern]

Titta här vilken kul grej jag hittade:
http://www.creepage.com/

och lite förklaringar:
http://www.midcom-inc.com/Tech/pdf/tn79.pdf.

Nu är frågan om vilken isolationstyp jag ska välja. Jag har alltså sekundärsidan på min DC/DC konverterare där ena noden är kopplad till chassiejord (så det blir lite läskigt).
Väljer jag då "Earthed Hazardous voltage Secondary circuit" till "ELV Circuit"? Känns som att det är något jag inte begriper i definitionerna här. Gör jag det så väljer den att jag ska ha "Basic insulation".

Men ok: För att beräkna clearance petar jag in
Insulation: Basic
Pollution degree: 2
Nominal AC mains: 0V
Working voltage: 200V
Circuit type: Secondary
Quality control: No

-> Clearance 0.7mm.

Övergår till creepage. Jag petar in:
Insulation: Basic
Pollution degree: 2
Material group: II (stämmer det för FR4)?
Working voltage: 200V
Coated: Yes (antar att det är lödmask som avses?)

-> Creepage 0.4mm.
(väljer jag "nej" på coated får jag 1.4mm).

[Nerre]

För luftavståndet får du ju noll på transientnivå och det gör att det blir väldigt kort krav. Men i realiteten har du kanske inte noll i transientnivå och då blir kravet lite högre.

Man räknar med att i ett vanligt 230 V vägguttag har man 2500 V transientnivå. Efter en trafo/nätdel räknar man med att detta sjunkit till 1500 V. Sen kan det gå att sänka ytterligare med transientdämpande komponenter, men det ställs rätt höga krav på dem om man ska få tillgodoräkna sig dem när man räknar på säkerhet. En varistor dämpar t.ex. transienter, men vad händer om den går sönder? Då slutar den fungera och det märker man inte förrän det är för sent så att säga.

Så att räkna 0 V på transientnivå kan man nästan bara göra för batteridrivna grejer (och då gäller det ju att det inte sitter motorer och grejer där som kan ge spikar).

[slarvern]

Det här med "coated pcb" då? Vad är det? Efter lite grubbel så är det nog inte lödmasken som avses utan något extra kladd.

[Nerre]

Vi brukar inte ta hänsyn till coating, de ska nämligen uppfylla en massa krav för att få tillgodoräknas.

Om jag inte minns fel innebär en godkänd coating att du har pollution degree 1 under den (ingen nedsmutsning alltså).

Sen kommer den ju bara hjälpa där den finns, lödningar och sånt hamnar ju ovanför coatingen och drabbas av de strängare kraven (för pollution degree 2).