標準是一種資產(chǎn)——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(shù)百項可用標準中找出與問題相關(guān)的標準，探索設(shè)計的限制條件。IEC的標準和支持文件常常被設(shè)計人員視為累贅，但如果您對其包含的內(nèi)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(gòu)免費獲得的信息來構(gòu)建標準之間的關(guān)系圖。

設(shè)計工程師是富有創(chuàng)造力的一群人。在尺寸、成本和性能的約束范圍內(nèi)優(yōu)化電路設(shè)計，好比是藝術(shù)家在可用色彩和畫布類型的約束范圍內(nèi)描繪肖像。設(shè)計工程師的調(diào)色盤就是各種可用元器件和最新的架構(gòu)思想，結(jié)合一些原創(chuàng)貢獻，就能做出前所未有的東西。衡量設(shè)計成功與否的標準是簡潔和精致。不幸的是，對設(shè)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(guī)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(guān)于水冷卻器的交談中了解到一些安全規(guī)則， 于是就奮勇前進，做出滿足這些經(jīng)驗法則的最精致設(shè)計，期望在將原型送往安全機構(gòu)認證時萬事大吉。這對于創(chuàng)新來說是極好的，但如果設(shè)計必須重來以滿足相關(guān)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(chǎn)品安全在設(shè)計中根深蒂固，形成了一種窒息創(chuàng)新的設(shè)計文化。每個設(shè)計都是基于之前的設(shè)計，行之有效的安全技術(shù)毫無變化地從一個設(shè)計沿用到另一個設(shè)計。這種方法通常會產(chǎn)生安全的產(chǎn)品，但不利于設(shè)計創(chuàng)新或改良，創(chuàng)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(shè)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(chǎn)品。例如，通過應(yīng)用IEC 60112所述的相對漏電指數(shù)(CTI)測試，可以使實現(xiàn)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(yīng)用整體的尺寸。如果設(shè)計人員對標準做一些研究，找出解決之道，就能實現(xiàn)此類優(yōu)化。

為了在這兩個極端之間取得平衡，設(shè)計人員有必要及時探查安全標準并評估器件和創(chuàng)新技術(shù)。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(yīng)用最為廣泛，它發(fā)布了數(shù)百項世界通用的安全和兼容性標準。但是，設(shè)計人員怎么才能知道必須購買、閱讀、應(yīng)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(xié)調(diào)安全標準。

解決之道

解決這個問題的一個簡單辦法是設(shè)計機構(gòu)確定應(yīng)用和行業(yè)適用的頂層系統(tǒng)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(tǒng)級標準代表了適用于產(chǎn)品預(yù)期用途的系統(tǒng)安全方面多年經(jīng)驗的精華。這些標準每隔幾年更新一次，以反映特定領(lǐng)域的最先進技術(shù)。標準本身是由行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者、學(xué)術(shù)界和安全認證機構(gòu)組成的委員會進行編制和維護。系統(tǒng)級標準通常篇幅很長，可能多達600頁，其內(nèi)容非常詳盡，據(jù)此足以做出大多數(shù)設(shè)計和測試決策，而不必購買其它文件。然而，每個系統(tǒng)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(guān)系圖可以揭示系統(tǒng)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(yù)覽中可以提取哪些信息，請參考圖1。它是信息技術(shù)系統(tǒng)級標準IEC 60950的“引用標準”圖。引用標準指關(guān)于某項主題的權(quán)威標準或文件，是應(yīng)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(guān)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(tǒng)和零部件標準——代表探索的起點。
2. 協(xié)調(diào)文件——處理特定類型的安全問題，以便能被多種系統(tǒng)級標準使用。
3. 測試方法——以規(guī)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(jié)果。
4. 說明文件——解釋分析技術(shù)和設(shè)計原則。
5. 分類文件——將材料和環(huán)境分為業(yè)界商定的組別。

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(guān)系。考察圖1可發(fā)現(xiàn)文件相互關(guān)系的基本結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)標準引用協(xié)調(diào)文件，協(xié)調(diào)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(guān)系反映的是一般的模式，不是一成不變的。它們可以是系統(tǒng)級標準直接引用的獨立文件，或是相互聯(lián)系的參考文件網(wǎng)。

本例從信息技術(shù)標準IEC 60950開始，它是許多應(yīng)用類型最常用的標準之一。注意，該系統(tǒng)標準引用了其它系統(tǒng)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(tǒng)，例如開關(guān)設(shè)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(tǒng)或器件都可以根據(jù)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(tǒng)中。還有一點需要注意的是，IEC 60950認證本身是醫(yī)療設(shè)備認證IEC 60601的一部分，因此它被完整納入另一個系統(tǒng)級標準。每個系統(tǒng)級標準都引用其自己的支持文件網(wǎng)，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(guān)于絕緣的協(xié)調(diào)文件IEC 60664。這樣，許多系統(tǒng)級標準就可以整體引用該絕緣分析，正如上文所述。繼續(xù)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(fā)安全系統(tǒng)時，我們顯然想知道絕緣系統(tǒng)的壽命有多長，哪些因素會影響其壽命。IEC 60950系統(tǒng)標準對此并未提供很多指導(dǎo)。關(guān)于厚度和距離有許多要求，但并不清楚哪一個與系統(tǒng)的壽命相關(guān)，哪一個是用于應(yīng)對瞬變。另外，關(guān)于如何根據(jù)這些要求來估算系統(tǒng)壽命也沒有說明。

研究圖1可發(fā)現(xiàn)，左上部分處理的是絕緣擊穿和耐受性。主系統(tǒng)標準中刪除了幾個步驟，很多情況下，這意味著在系統(tǒng)標準反映此信息之前，相關(guān)指南和背景已與其它要求合并。

為了回溯基礎(chǔ)測試和分析技術(shù)，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(shù)據(jù)統(tǒng)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(shè)計早期獲得這些信息可以指導(dǎo)材料的選擇和使用，長遠來看可以節(jié)省時間和資金。

探索IEC標準的關(guān)系網(wǎng)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(guān)資源非常有用，但要找到或創(chuàng)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(gòu)建圖1，我們并不需要真正擁有其中的任何文件。IEC網(wǎng)站允許預(yù)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(yù)覽信息構(gòu)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(gòu)建此類關(guān)系圖極具意義。