本文作者：UL 工程部 Sigurd Su
文章發布日期：2021-03-01

今日許多製造商為了讓產品可以一兼多顧打入不同領域的市場，對於產品的設計不再只有單一性考量 ── 以工業電腦而言，往往在提出安規申請時，希望一次就能網羅工控類、資訊類與危險環境類。然而，特別在危險環境的應用，則會因不同防護方式所要對應的不同標準系統所規範的絕緣距離，而使得申請安規認證的製造商感覺混淆與挫折。本文即旨在幫助製造商建立一個基礎性的概念，以一般常見的 ec 型防護方式的電源電路為例，透過淺顯易懂的說明，指出常見的產品應用在不同領域所需符合的絕緣距離差異性要求，以及如何快速理出一條實際可用的解決之道。

在成本與市場考量下，製造商其實最渴望的作法就是可以推使單一產品得以應用在多種環境下，如為原應歸屬於工業控制類產品的工業電腦 (對應標準如 UL 61010-1) 申請安規時，多半會籌思可以如何同時合併申請工控類產品類別、資訊類、以及危險環境產品類別等。

而往往在這樣的狀況下，製造商即十分容易忽略危險環境所用的防爆產品，必須依據不同的防護方式，所對應到的不同標準分別規定之絕緣距離，其中的要求差異最常帶來的問題正是 ── 對應到 Zone 2 IECEx/ATEX 的情況，間距要求通常會和一般環境有所不同，然而若是 Div. 2 的狀況，則只要符合一般環境間距要求即可。

如此的差異性規定，經常使得製造商感覺混淆並且造成安規申請上的必須釐清而曠日費時。為協助廠商建立基礎概念，在此我們特別援用 ec 型防護方式的電源電路為範例，說明常見的差異狀況與可以有的解決方法。

ec 型防護方式範例線路 ── 輸入電壓為高壓，一次側的情況下

以下即首先圖示「ec 型防護方式範例線路 ── 輸入電壓為高壓，一次側的情況下」。接著加以說明產品絕緣距離在一般環境與危險環境下的個別要求。

*圖片參考網站：https://www.onsemi.com/pub/Collateral/NCP1399-D.PDF

• 絕緣距離在一般環境產品類型的說明 ── 首先的示例圖 (上圖) 正是為一般常見的一次側電源線路應用，而一般環境下的工業類別電源 (以 UL 61010-1為例)，L 和 N 的絕緣距離則為如下列的 UL 61010-1 Table 4 所示。

• 絕緣距離在危險環境防爆產品類型的說明 ── 在 IEC/EN 60079-7 章節 4.3 和 4.4 中，則有明文規定：在所有不同電位間的導體，都須符合 IEC/EN 60079-7 Table 2 的 clearance 和 creepage 距離要求。詳情可見下表。

絕緣距離要求在一般環境與危險環境的比較說明

比較以上所示的兩張表格，包括 UL 61010-1 Table 4 (表一) 和 IEC/EN 60079-7 Table 2 (表二) 可看出，在 input voltage 都是 300 Vac 的情況下，IEC/EN 60079-7 Table 2 要求的 creepage 和 clearance 距離相較 UL 61010-1 Table 4，是必須大上許多。

除此之外，一般環境的安規標準中 (如 UL 60950-1/UL 62368-1 或是 UL 61010-1)，分類電路所需要的不同絕緣，包括基本絕緣 (basic insulation)、補充絕緣 (supplementary insulation) 和雙重/加強絕緣 (double/reinforced insulation) 等概念，則並不屬於 IEC/EN 60079-7 標準中之結構要求的範疇。

解決方式：低功率設備特殊情況評估絕緣距離說明

承上，Table 2 的距離要求對高壓電源一次側設計而言，需注意以各導體間的電壓差來隔出距離。如以功率調變模組晶片來說，高壓 pin 和相鄰低壓 pin 間的距離，因為屬於半導體封裝，通常間距皆小於 1mm； 若高壓 pin 電壓 240 Vac 而低壓 pin 為接地腳位的狀況，則這樣的間距將無法滿足兩導體間潛在電壓差在 Table 2 的對應距離要求。

在 IEC 60079-15 第 4 版中 “nA” 防護，比較常見可行的解決方式是使用特殊情況符合該標準第 13 章節低功率設備的要求。符合低功率設備的絕緣距離，依工作電壓分別為：

• 工作電壓小於 60 Vac (或 85 Vdc) 的相鄰兩導體，沒有距離的要求。
• 工作電壓超過 60 Vac (或 85 Vdc) 但不超過 275 Vac  (或 390 Vdc) 的情況下 (可允許超過 10%)，可以透過 conformal coating 或 encapsulated 方式，改為對應至標準的 Table 10：將距離的要求縮小到 1mm 以下，如此亦可以解決 PWM IC 相鄰 pin 之間距離不足的問題。

不過假設低功率設備若要使用上述的第 13 章低功率設備特殊情況評估絕緣距離，除了電氣相關低功率設備或組件的電壓額定在 275 Vac (或 390 Vdc) 以下且環境汙染等級不超過 pollution degree 2 外，尚必須以下的條件：

• 設備的外殼至少須符合 IEC 60529 IP54 的防護等級 (須增加其外殼測試並符合第 21 章節的測試要求之順序)，除非設備為 open type，可宣告在最終外殼的安裝位置會有提供同等級的防護。
• 若設備的額定電壓或設備任何部份的工作電壓不超過 60 Vac (或 85 Vdc)，就沒有最小 creepage 和 clearance 的要求。然而一旦設備的額定電壓超過 60 Vac (或 85 Vdc) 但在 275 Vac (或 390 Vdc) 以下，則需要符合標準 Table 10。
• 設備不管在設備內或設備外，都應該提供突波保護元件 (該保護元件防護能力不超過 85V 的峰值額定電壓 140% 或電源輸入端在 Table 10 中的峰值額定電壓 140%)。該突波防護應限制突波最大在 Table 10 中的峰值額定電壓 140% 以內。

註解

1.  以上圖示出舊版 IEC 60079-15 第 4 版 “nA” 防護方式轉移至新版 IEC 60079-7 第 5 版以上 “ec” 防護方式，因此降低間距輔助方式亦適用於 IEC 60079-7 之 Annex H。
2. 在 IEC/EN 60079-7 中，如果以灌膠 (encapsulation)/固態絕緣 (solid insulation) 方式，就沒有最小距離要求，但絕緣材料仍需注意其適用性。

結語

透過以上所述，我們能從 IEC/EN 60079-7 Table H.1 和 Table 2 的相較，觀察出在不同規格下，絕緣距離的要求差異甚大。而欲解決 PWM IC 高壓 pin 和相鄰低壓 pin 間的距離不足情況，那麼建議可以使用conformal coating、灌膠或固體絕緣的方式達成。

總結而言，倘若一般被歸屬為資訊類或類似產品電源一旦打算要進一步申請 IEC/EN 60079-7 “ec” 型防護防爆認證，則一開始就應將工作電壓設計小於 390 Vpk 以下 (一般建議設計以 355 Vpk 為參考基準是最好的，以避免後續產品進到證實驗室的實測狀況會超過原設計電壓)，同時應該將限制輸入電壓額定小於 275 Vac 或 390 Vdc 以下，另尚需考慮到結構能夠符合文中提及的低功率設備其他相關要求，以俾達成使用 Table 2 以外的低功率設備特殊情況評估方式，來進而滿足高低壓間距要求。相信對於諸多製造商來說，本文所提及的解決方案為十分實用的參考設計。

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