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

 

每(mei)個(ge)要(yao)素(su)都(dou)存(cun)在(zai)不(bu)同(tong)的(de)選(xuan)擇(ze)
，最(zui)終(zhong)組(zu)合(he)決(jue)定(ding)隔(ge)離(li)器(qi)的(de)能(neng)力(li)。本(ben)文(wen)將(jiang)聚(ju)焦(jiao)於(yu)絕(jue)緣(yuan)材(cai)料(liao)，它(ta)是(shi)決(jue)定(ding)安(an)全(quan)性(xing)高(gao)低(di)的(de)主(zhu)要(yao)因(yin)素(su)。光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)使(shi)用(yong)各(ge)種(zhong)聚(ju)合(he)物(wu)材(cai)料(liao)，包(bao)括(kuo)封(feng)裝(zhuang)的(de)環(huan)氧(yang)樹(shu)脂(zhi)塑(su)封(feng)材(cai)料(liao)。數(shu)字(zi)隔(ge)離(li)器(qi)使(shi)用(yong)類(lei)似(si)的(de)聚(ju)合(he)物(wu)或(huo)聚(ju)酰(xian)亞(ya)胺(an)材(cai)料(liao)，也(ye)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)二(er)氧(yang)化(hua)矽(gui)。隔(ge)離(li)壽(shou)命(ming)和(he)最(zui)高(gao)耐(nai)受(shou)電(dian)壓(ya)的(de)不(bu)同(tong)取(qu)決(jue)於(yu)材(cai)料(liao)和(he)製(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi)。我(wo)們(men)先(xian)考(kao)慮(lv)安(an)全(quan)標(biao)準(zhun)以(yi)及(ji)它(ta)們(men)與(yu)不(bu)同(tong)類(lei)型(xing)隔(ge)離(li)器(qi)的(de)關(guan)係(xi)。

 

了解隔離要求：biaozhundefuzaxingxitongjibiaozhunzhizaichulihuanjingtiaojianyuxitongshiyongtiaojiandechayi。liru
，jiayongdianqideyaoqiubutongyuyiyuanyongbingrenjianhuyihuogongchangzhongdianjiqudongqideyaoqiu。tamenchangchangtongguoyinyongdianliugeliqitedingdeqijianjibiaozhunlaishuominggelianquanxing。yousanzhongbiaozhunzhidezhuyi：

 

●   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。IEC的(de)未(wei)來(lai)標(biao)準(zhun)將(jiang)解(jie)決(jue)這(zhe)一(yi)問(wen)題(ti)並(bing)引(yin)入(ru)新(xin)的(de)方(fang)法(fa)。在(zai)過(guo)渡(du)期(qi)間(jian)，數(shu)字(zi)隔(ge)離(li)器(qi)供(gong)應(ying)商(shang)有(you)義(yi)務(wu)證(zheng)明(ming)他(ta)們(men)如(ru)何(he)保(bao)證(zheng)器(qi)件(jian)在(zai)額(e)定(ding)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)下(xia)能(neng)夠(gou)終(zhong)身(shen)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。

 

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)。zhezhongzhizaogongyinengyidichengbenjianggeliyuanjianyurenhejingyuanbandaotigongyijicheng，shixianchusedezhilianghekekaoxing。xiamiandepoumiantuxianshilebeihoujuxianyaancengfenkaidedingbuhedibuxianquandezashu。juxianyaancailiaoyongyujueyuanyiyouduoniandelishi。guoqushiduonianlai，yiyoujin10億隻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HVEshixiaojizhi。dianhezhurujuxianyaanjueyuancenghou，kenenghuibeixianzhizaijubuxianjingweizhibingshifangnengliang。ruguoshifangdenengliangzugougao，juxianyaanneidejianjiejiuhuiduankai，congerchanshenggengduoxianjingweizhi
，daozhigengduokongjiandianhebeibuzhuo。zhezhongzhengfankuizuizhongzaochengjueyuanjichuan。

 

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 Hzgongmodianweichaxiacedede。gedanyuandeshixiaoshijianjilubinghuizongyuxiamiandeweibuertuzhong。duiyuyuqigongzuodianyafanweineidejiaodidianya，shixiaoshijiantongguowaituihuode。

 

 

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deiCoupler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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