【導(dǎo)讀】截至2020年1月，德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會(huì)(DIN)和德國(guó)電氣工程師協(xié)會(huì) (VDE) V0884-10: 2006-12不再是用于評(píng)估電磁和電容電隔離產(chǎn)品的固有絕緣特性和高壓性能的有效認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。這標(biāo)志著集成電路（IC）制造商三年過(guò)渡期的結(jié)束。該過(guò)渡期始于2017年，當(dāng)時(shí)VDE發(fā)布了DIN VDE V 0884-11:2017-01更新標(biāo)準(zhǔn)。隨著這一變化，IC制造商必須進(jìn)行升級(jí)以滿足新的認(rèn)證要求，否則將要求其從相應(yīng)的IC數(shù)據(jù)表中刪除VDE認(rèn)證。
由于這些認(rèn)證是為基礎(chǔ)和增強(qiáng)的數(shù)字隔離器創(chuàng)建的唯一器件級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，因此它們能夠使原始設(shè)備制造商和終端設(shè)備制造商相信使用該隔離器將滿足其系統(tǒng)級(jí)的高壓要求和終端設(shè)備等級(jí)認(rèn)證。
新標(biāo)準(zhǔn)有哪些變化？
從DIN V VDE V 0884-10到DIN VDE V 0884-11的最大變化是對(duì)認(rèn)證過(guò)程和要求的更改。表1中列出的這些更改會(huì)影響基本認(rèn)證和增強(qiáng)認(rèn)證的器件標(biāo)準(zhǔn)。
表1：DIN V VDE更新（基本和增強(qiáng)）
讓我們逐一瀏覽每個(gè)更新。
“最大浪涌隔離電壓”量化了隔離器承受特定瞬態(tài)曲線的極高電壓脈沖的能力。由于直接或間接的雷擊、故障或短路事件，圖2所示的浪涌測(cè)試曲線可能會(huì)在安裝中出現(xiàn)。盡管測(cè)試電壓、最低電壓要求和沖擊次數(shù)沒(méi)有改變，但沖擊現(xiàn)在以雙極性脈沖而非單極性脈沖執(zhí)行。施加25個(gè)正脈沖，隨后是1小時(shí)至2小時(shí)的延遲，然后再將25個(gè)負(fù)脈沖施加到同一器件。
在單個(gè)浪涌脈沖期間，一些電荷保留在隔離電介質(zhì)中，從而產(chǎn)生剩余電場(chǎng)。在單極測(cè)試中，剩余電場(chǎng)會(huì)減小后續(xù)脈沖期間隔離柵承受的總電場(chǎng)。相比單極脈沖，雙極脈沖對(duì)隔離柵的場(chǎng)強(qiáng)更大，因?yàn)槭Ｓ嚯妶?chǎng)現(xiàn)在與前一個(gè)脈沖疊加，從而超過(guò)了該器件測(cè)試序列中任何先前脈沖的場(chǎng)強(qiáng)度。
圖1：模擬直接或間接雷擊、故障或短路事件的電涌試驗(yàn)
目前，DIN VDE V 0884-11需要使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間相關(guān)的電介質(zhì)擊穿（TDDB）測(cè)試方法來(lái)收集隔離器的壽命預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。在此測(cè)試中，隔離柵每側(cè)的所有管腳都綁在一起，形成了一個(gè)雙端子器件，并在兩側(cè)之間施加了高電壓。在室溫和最高工作溫度下，以60Hz的各類高電壓切換來(lái)收集絕緣擊穿數(shù)據(jù)。
圖2所示為隔離柵在其整個(gè)壽命期間承受高壓應(yīng)力的固有能力。根據(jù)TDDB數(shù)據(jù)，絕緣的固有能力為1.5 kVRMS ，使用壽命為135年。諸如封裝尺寸、污染程度、材料種類等其他因素可能會(huì)進(jìn)一步限制組件的工作電壓。集成電路制造商需要花費(fèi)數(shù)月甚至數(shù)年時(shí)間來(lái)收集每個(gè)經(jīng)認(rèn)證器件的數(shù)據(jù)。
圖2：TDDB測(cè)試數(shù)據(jù)顯示了隔離屏障在其使用壽命內(nèi)承受高壓應(yīng)力的固有能力
對(duì)于增強(qiáng)隔離，DIN VDE V 0884-11要求使用故障率小于百萬(wàn)分之一（ppm）的TDDB預(yù)測(cè)線。即使在指定的工作隔離電壓下預(yù)期的最小絕緣壽命為二十年，新的增強(qiáng)型認(rèn)證仍要求工作電壓額外增加20％的安全裕度，器件的額定壽命增加87.5％的安全裕度，也就是說(shuō)，在工作電壓比規(guī)定值高20％時(shí)，最低要求的絕緣壽命為37.5年。
對(duì)于基本隔離，DIN VDE V 0884-11的要求不太嚴(yán)格，允許的故障率小于1000 ppm。仍需要20％的工作電壓裕度，但基本絕緣器件的使用壽命裕度降低到30％，這是指在工作電壓比額定值高20％的情況下，總要求使用壽命為26年。DIN V VDE V 0884-10先前沒(méi)有定義最小額定壽命和整個(gè)壽命內(nèi)的故障率。
盡管局部放電測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)在DIN VDE V 0884-11中并未更改，但了解局部放電測(cè)試對(duì)隔離組件的相關(guān)性非常有用。即使二氧化硅不存在局部放電的現(xiàn)象，TI和VDE仍測(cè)試基于二氧化硅的數(shù)字隔離器的局部放電。光耦合器使用局部放電測(cè)試作為一種手段來(lái)篩選出在電介質(zhì)中形成多余空氣氣泡的不良量產(chǎn)器件。雖然局部放電測(cè)試可以排除有缺陷的器件，但是要注意，它不能作為最低保證壽命測(cè)試，只有在數(shù)字隔離器上進(jìn)行的TDDB測(cè)試才是一個(gè)精確的壽命測(cè)試過(guò)程。
通過(guò)認(rèn)證，設(shè)備制造商可以在全球范圍內(nèi)使用隔離器件來(lái)滿足其終端應(yīng)用程序設(shè)計(jì)要求，并了解隔離器是否能夠在其整個(gè)生命周期內(nèi)可靠地工作。針對(duì)認(rèn)證要求的更新和修訂（如DIN VDE中的要求）可確保高電壓安全性要求始終有意義且盡可能嚴(yán)格。如果器件制造商不能保證滿足DIN VDE V 0884-11的要求，那么設(shè)備制造商對(duì)現(xiàn)有和未來(lái)設(shè)計(jì)的電路板隔離器件進(jìn)行檢查以確保它們?nèi)匀粷M足認(rèn)證要求就變得至關(guān)重要。
其他資源
● 查看TI的數(shù)字隔離器認(rèn)證。
● 下載白皮書：“高壓增強(qiáng)型隔離：定義和測(cè)試方法。”
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