答案是肯定的：shuzigeliqinenggoumanzuguoneiheguojibiaozhundeanquanyaoqiu。danshi，daduoshugongyingshangtigongdeguangouheqijuyouxiangsidejiegou，shuzigeliqizeburan，butonggongyingshangyibutongfangshishejihezhizaoshuzigeliqi，yinergelinenglibujinxiangtong，tebieshiyuguangouheqiqiangjiandegelinenglixiangbijiaoshi。yinci
，bingfeisuoyoushuzigeliqijishuheshixianfangandounengtigongtongyangdeanquanxing。

 

 

隔離器有四個主要考慮因素：

 

●   絕緣材料

●   隔離元件

●   數據傳輸架構

●   封裝

 

meigeyaosudoucunzaibutongdexuanze，zuizhongzuhejuedinggeliqidenengli。benwenjiangjujiaoyujueyuancailiao，tashijuedinganquanxinggaodidezhuyaoyinsu。guangouheqishiyonggezhongjuhewucailiao
，baokuofengzhuangdehuanyangshuzhisufengcailiao。shuzigeliqishiyongleisidejuhewuhuojuxianyaancailiao，yekeyishiyongeryanghuagui。gelishouminghezuigaonaishoudianyadebutongqujueyucailiaohezhizaogongyi。womenxiankaolvanquanbiaozhunyijitamenyubutongleixinggeliqideguanxi。

 

了解隔離要求：標(biao)準(zhun)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)係(xi)統(tong)級(ji)標(biao)準(zhun)旨(zhi)在(zai)處(chu)理(li)環(huan)境(jing)條(tiao)件(jian)與(yu)係(xi)統(tong)使(shi)用(yong)條(tiao)件(jian)的(de)差(cha)異(yi)。例(li)如(ru)
，家(jia)用(yong)電(dian)器(qi)的(de)要(yao)求(qiu)不(bu)同(tong)於(yu)醫(yi)院(yuan)用(yong)病(bing)人(ren)監(jian)護(hu)儀(yi)或(huo)工(gong)廠(chang)中(zhong)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)的(de)要(yao)求(qiu)。它(ta)們(men)常(chang)常(chang)通(tong)過(guo)引(yin)用(yong)電(dian)流(liu)隔(ge)離(li)器(qi)特(te)定(ding)的(de)器(qi)件(jian)級(ji)標(biao)準(zhun)來(lai)說(shuo)明(ming)隔(ge)離(li)安(an)全(quan)性(xing)。有(you)三(san)種(zhong)標(biao)準(zhun)值(zhi)得(de)注(zhu)意(yi)：

 

●   IEC 60747：半導體器件——第1部分：通則

●   UL 1577：光學隔離器標準

●   VDE 0884-10：半導體器件——用於安全隔離的磁性耦合器和容性耦合器

 

雖然各種標準的目標相似，即確保用戶
、操作員和設備的安全性
，但采用的方法不同。IEC 60747區分了隔離等級(例如基本絕緣與增強絕緣)，UL 1577則注重隔離器在一定時間內(通常是1分鍾)耐受某一電壓水平的能力。為了適應所有可能的使用情形和條件，係統設計師常常需要獲得多種器件級標準的認證。

 

數shu字zi隔ge離li器qi的de興xing起qi使shi問wen題ti更geng加jia複fu雜za，因yin為wei許xu多duo此ci類lei標biao準zhun是shi在zai設she計ji師shi隻zhi有you光guang耦ou合he器qi可ke用yong時shi製zhi定ding的de。這zhe些xie標biao準zhun緊jin盯ding與yu光guang耦ou合he器qi相xiang關guan的de弱ruo點dian，提ti供gong了le保bao證zheng安an全quan性xing的de途tu徑jing。

 

對dui於yu光guang耦ou合he器qi
，這zhe些xie方fang法fa非fei常chang有you效xiao，但dan可ke能neng不bu適shi用yong於yu數shu字zi隔ge離li器qi。以yi認ren證zheng工gong作zuo電dian壓ya為wei例li

，它ta是shi連lian續xu施shi加jia於yu隔ge離li柵zha的de電dian壓ya。具ju有you認ren證zheng工gong作zuo電dian壓ya的de隔ge離li器qi應ying能neng終zhong身shen耐nai受shou該gai電dian壓ya。IEC 60747要(yao)求(qiu)通(tong)過(guo)生(sheng)產(chan)部(bu)分(fen)放(fang)電(dian)測(ce)試(shi)來(lai)驗(yan)證(zheng)光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)的(de)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)。標(biao)準(zhun)機(ji)構(gou)已(yi)經(jing)認(ren)定(ding)
，部(bu)分(fen)放(fang)電(dian)起(qi)始(shi)電(dian)壓(ya)和(he)誘(you)感(gan)電(dian)壓(ya)與(yu)光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)的(de)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)相(xiang)關(guan)。製(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi)使(shi)用(yong)注(zhu)塑(su)方(fang)法(fa)，容(rong)易(yi)在(zai)塑(su)料(liao)內(nei)部(bu)產(chan)生(sheng)空(kong)洞(dong)。在(zai)壓(ya)力(li)下(xia)，此(ci)類(lei)空(kong)洞(dong)可(ke)經(jing)曆(li)更(geng)高(gao)的(de)電(dian)場(chang)，導(dao)致(zhi)部(bu)分(fen)放(fang)電(dian)引(yin)起(qi)的(de)性(xing)能(neng)降(jiang)低(di)。在(zai)高(gao)壓(ya)下(xia)進(jin)行(xing)部(bu)分(fen)放(fang)電(dian)測(ce)試(shi)可(ke)以(yi)檢(jian)測(ce)是(shi)否(fou)存(cun)在(zai)空(kong)洞(dong)，發(fa)現(xian)在(zai)現(xian)場(chang)應(ying)用(yong)中(zhong)會(hui)失(shi)效(xiao)的(de)次(ci)品(pin)。

 

這zhe種zhong部bu分fen放fang電dian方fang法fa並bing不bu完wan全quan適shi用yong於yu數shu字zi隔ge離li器qi。數shu字zi隔ge離li器qi確que實shi使shi用yong類lei似si的de封feng裝zhuang材cai料liao

，必bi須xu利li用yong部bu分fen放fang電dian進jin行xing測ce試shi以yi判pan斷duan有you無wu缺que陷xian，但dan還hai有you其qi他ta老lao化hua機ji製zhi與yu絕jue緣yuan材cai料liao相xiang關guan。隔ge離li元yuan件jian使shi用yong的de主zhu要yao隔ge離li材cai料liao是shi通tong過guo嚴yan密mi控kong製zhi的de晶jing圓yuan級ji工gong藝yi沉chen積ji而er成cheng，不bu大da可ke能neng產chan生sheng空kong洞dong
，因yin而er受shou部bu分fen放fang電dian的de影ying響xiang較jiao小xiao，但dan其qi他ta老lao化hua機ji製zhi開kai始shi占zhan主zhu導dao地di位wei。數shu字zi隔ge離li器qi聲sheng稱cheng的de特te定ding工gong作zuo電dian壓ya(通常表示為VIORM，依據IEC 60747)可能會造成誤解，因為它僅反映在給定電壓下通過部分放電測試的能力。

 

由於部分放電對於數字隔離器工作電壓是不完整的測試
，因此需要其他測試和表征。IECdeweilaibiaozhunjiangjiejuezheyiwentibingyinruxindefangfa。zaiguoduqijian
，shuzigeliqigongyingshangyouyiwuzhengmingtamenruhebaozhengqijianzaiedinggongzuodianyaxianenggouzhongshenzhengchanggongzuo。

 

測量iCoupler數字隔離器的高壓壽命

 

ADI公司通過部分放電以外的測試保證iCoupler?數字隔離器的工作電壓。iCoupler數字隔離器在平麵變壓器線圈之間使用20 μm厚聚酰亞胺絕緣層，這是晶圓製造工藝的一部分(見下圖)。這(zhe)種(zhong)製(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi)能(neng)以(yi)低(di)成(cheng)本(ben)將(jiang)隔(ge)離(li)元(yuan)件(jian)與(yu)任(ren)何(he)晶(jing)圓(yuan)半(ban)導(dao)體(ti)工(gong)藝(yi)集(ji)成(cheng)，實(shi)現(xian)出(chu)色(se)的(de)質(zhi)量(liang)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)。下(xia)麵(mian)的(de)剖(pou)麵(mian)圖(tu)顯(xian)示(shi)了(le)被(bei)厚(hou)聚(ju)酰(xian)亞(ya)胺(an)層(ceng)分(fen)開(kai)的(de)頂(ding)部(bu)和(he)底(di)部(bu)線(xian)圈(quan)的(de)匝(za)數(shu)。聚(ju)酰(xian)亞(ya)胺(an)材(cai)料(liao)用(yong)於(yu)絕(jue)緣(yuan)已(yi)有(you)多(duo)年(nian)的(de)曆(li)史(shi)。過(guo)去(qu)十(shi)多(duo)年(nian)來(lai)
，已(yi)有(you)近(jin)10億隻iCoupler變壓器投入使用。

 

 

為了測量這些芯片級隔離變壓器的工作電壓壽命，我們采用高壓耐受性(HVE)設置。HVE是在更高電壓水平(通常遠高於額定工作電壓)下通過失效時間實驗完成的。電荷注入是導致器件隔離擊穿的主要HVE失(shi)效(xiao)機(ji)製(zhi)。電(dian)荷(he)注(zhu)入(ru)聚(ju)酰(xian)亞(ya)胺(an)絕(jue)緣(yuan)層(ceng)後(hou)，可(ke)能(neng)會(hui)被(bei)限(xian)製(zhi)在(zai)局(ju)部(bu)陷(xian)阱(jing)位(wei)置(zhi)並(bing)釋(shi)放(fang)能(neng)量(liang)。如(ru)果(guo)釋(shi)放(fang)的(de)能(neng)量(liang)足(zu)夠(gou)高(gao)，聚(ju)酰(xian)亞(ya)胺(an)內(nei)的(de)鍵(jian)結(jie)就(jiu)會(hui)斷(duan)開(kai)，從(cong)而(er)產(chan)生(sheng)更(geng)多(duo)陷(xian)阱(jing)位(wei)置(zhi)
，導(dao)致(zhi)更(geng)多(duo)空(kong)間(jian)電(dian)荷(he)被(bei)捕(bu)捉(zhuo)。這(zhe)種(zhong)正(zheng)反(fan)饋(kui)最(zui)終(zhong)造(zao)成(cheng)絕(jue)緣(yuan)擊(ji)穿(chuan)。

 

通過熱力學分析¹，壽命L可以表示為：

 

 

其中，E_t是無電荷注入發生的閾值場，m和n是比例常數。經觀測，iCoupler器件的HVE數據符合下式

 

 

其中，L是10 ppm時的失效時間，V是施加的連續高壓。下圖是一個簡化示例
，使用來自高壓受測樣本的四個數據點來擬合該模型，並外推回典型工作電壓。

 

 

此數據是在將樣本置於800 V到2000 V rms的60 Hz共(gong)模(mo)電(dian)位(wei)差(cha)下(xia)測(ce)得(de)的(de)。各(ge)單(dan)元(yuan)的(de)失(shi)效(xiao)時(shi)間(jian)記(ji)錄(lu)並(bing)彙(hui)總(zong)於(yu)下(xia)麵(mian)的(de)威(wei)布(bu)爾(er)圖(tu)中(zhong)。對(dui)於(yu)預(yu)期(qi)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)較(jiao)低(di)電(dian)壓(ya)，失(shi)效(xiao)時(shi)間(jian)通(tong)過(guo)外(wai)推(tui)獲(huo)得(de)。

 

 

iCoupler HVE壽命取決於施加的電壓是交流還是直流電壓。在直流電壓下，靜態場會阻止能量的捕捉/重組合釋放。因此，直流壽命遠遠長於交流壽命。iCoupler產品始終指定最差情況下的交流壽命。

 

工作電壓的均方根(rms)規格也可能引起誤解。400 V rms波形實際上是一個在正560 V與負560 V之間切換的正弦波形，因此隔離柵上的最高峰峰值電壓實際上是1120 V。我們已經確認，在額定電壓為400 V rms的雙極性波形下的壽命與在1120 V峰峰值波形下的壽命相同
，與中心電壓無關。由於安全至關重要

，數據手冊應采取保守態度以確保無潛在危險，因此iCoupler數字隔離器的數據手冊指定了絕對最差情況工作電壓。

 

結論

 

數(shu)字(zi)隔(ge)離(li)器(qi)的(de)引(yin)入(ru)使(shi)得(de)業(ye)已(yi)複(fu)雜(za)的(de)安(an)全(quan)標(biao)準(zhun)愈(yu)加(jia)令(ling)人(ren)困(kun)惑(huo)，因(yin)為(wei)數(shu)字(zi)隔(ge)離(li)器(qi)使(shi)用(yong)不(bu)同(tong)於(yu)電(dian)流(liu)隔(ge)離(li)的(de)材(cai)料(liao)和(he)元(yuan)件(jian)，並(bing)非(fei)所(suo)有(you)標(biao)準(zhun)都(dou)適(shi)用(yong)於(yu)數(shu)字(zi)隔(ge)離(li)器(qi)的(de)要(yao)求(qiu)。關(guan)於(yu)某(mou)種(zhong)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)壽(shou)命(ming)，與(yu)光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)不(bu)同(tong)
，基(ji)於(yu)部(bu)分(fen)放(fang)電(dian)的(de)認(ren)證(zheng)不(bu)足(zu)以(yi)保(bao)證(zheng)數(shu)字(zi)隔(ge)離(li)器(qi)能(neng)在(zai)數(shu)十(shi)年(nian)的(de)使(shi)用(yong)期(qi)間(jian)安(an)全(quan)可(ke)靠(kao)地(di)工(gong)作(zuo)。應(ying)對(dui)這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)的(de)新(xin)標(biao)準(zhun)正(zheng)在(zai)製(zhi)定(ding)過(guo)程(cheng)中(zhong)
，但(dan)在(zai)新(xin)標(biao)準(zhun)頒(ban)布(bu)以(yi)前(qian)
，數(shu)字(zi)隔(ge)離(li)器(qi)供(gong)應(ying)商(shang)必(bi)須(xu)用(yong)可(ke)靠(kao)的(de)數(shu)據(ju)彌(mi)補(bu)這(zhe)些(xie)標(biao)準(zhun)
，支(zhi)持(chi)可(ke)靠(kao)性(xing)達(da)數(shu)十(shi)年(nian)的(de)承(cheng)諾(nuo)。正(zheng)因(yin)如(ru)此(ci)
，基(ji)於(yu)聚(ju)酰(xian)亞(ya)胺(an)絕(jue)緣(yuan)材(cai)料(liao)的(de)iCoupler數字隔離器利用加速壽命測試
，保證器件在額定工作電壓下能夠安全可靠地工作50年以上。

 

參考文獻

 

¹、 Dissado, L.A., et al. “e IncorporaTIon of Space Charge DegradaTIon in the Life Model for Electrical InsulaTIng Materials.” IEEE TransacTIons on Dielectrics and Electrical Insulation. Vol. 2,

No. 6, pp. 1147-1158, December, 1995.

 

 

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