ZHCY158C January 2021 – February 2024 AMC1300 , AMC1302 , AMC1302-Q1 , AMC1305M25-Q1 , AMC1311 , AMC1311-Q1 , AMC131M03-Q1 , AMC1336 , AMC1336-Q1 , AMC1350 , AMC1411 , AMC3301 , AMC3301-Q1 , AMC3330 , AMC3330-Q1 , AMC3336 , AMC3336-Q1 , ISOW1044 , ISOW1412 , ISOW7741 , ISOW7840 , ISOW7841 , ISOW7841A-Q1 , ISOW7842 , ISOW7843 , ISOW7844 , UCC12040 , UCC12041-Q1 , UCC12050 , UCC12051-Q1 , UCC14240-Q1 , UCC21222-Q1 , UCC21530-Q1 , UCC21540 , UCC21710-Q1 , UCC21750-Q1 , UCC23513 , UCC25800-Q1 , UCC5870-Q1
高電壓電隔離問題
在系統(tǒng)中構(gòu)建可靠的隔離柵時(shí)，需要考慮很多因素，包括隔離額定值、爬電距離和電氣間隙、CMTI 和 EMI。
功能、基本和增強(qiáng)型隔離指的是分配給電氣系統(tǒng)的絕緣額定級(jí)別，如表 1 中所列。
| 絕緣體額定級(jí)別 | 說明 |
|---|---|
| 功能 | 設(shè)備正常運(yùn)行需要絕緣 |
| 基本 | 針對電擊提供基本保護(hù)的絕緣 |
| 輔助 | 除基本絕緣外可應(yīng)用的獨(dú)立絕緣 – 以便在基本絕緣出現(xiàn)故障時(shí)提供電擊防護(hù) |
| 雙重 | 同時(shí)具有基本絕緣和輔助絕緣的絕緣 |
| 增強(qiáng) | 電擊防護(hù)等級(jí)等效于雙重絕緣的單一絕緣系統(tǒng) |
功能隔離指的是為系統(tǒng)分配極少隔離，以便使系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，但不一定能防止電擊。功能隔離的一個(gè)例子是在給定電壓額定值下維持適當(dāng)?shù)挠∷㈦娐钒?(PCB) 導(dǎo)體間距。
基本隔離提供“足夠的”電擊防護(hù)，具有與最高系統(tǒng)級(jí)電壓同等的安全等級(jí)。
增強(qiáng)型隔離是應(yīng)用于高電壓系統(tǒng)的最高商用等級(jí)。滿足增強(qiáng)型隔離要求的一種方法是在隔離柵上引入更遠(yuǎn)的距離，使其能夠承受更高的電壓測試標(biāo)準(zhǔn)和更長的額定壽命。例如，在國際電工委員會(huì) (IEC) 60747-17 和 IEC 607475-5 中，與基本隔離相比，強(qiáng)制局部放電測試電壓 (VPD) 更高。如需詳細(xì)了解增強(qiáng)型隔離，請觀看什么是增強(qiáng)型隔離？視頻。
若要認(rèn)證高電壓系統(tǒng)是否符合增強(qiáng)型隔離要求，首先需要選擇符合由各個(gè)委員會(huì)定義的安全和認(rèn)證測試協(xié)議的隔離器。美國保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室 (UL) 是美國的一家全球安全認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室，但不同的國家/地區(qū)要求遵守其當(dāng)?shù)鼗騾^(qū)域系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。因此，打算在全球使用的隔離器必須符合各種國際安全標(biāo)準(zhǔn)。
表 2 總結(jié)了數(shù)字（電容和磁性）隔離器和光耦合器的 IEC 標(biāo)準(zhǔn)要求。
| 測試 | IEC 60747-17 電容和磁隔離器 |
IEC 60747-5-5 光耦合器 |
|
|---|---|---|---|
| 基礎(chǔ)型隔離 | 增強(qiáng)型隔離 | 僅增強(qiáng)型隔離 | |
| VIORM – 最大重復(fù)峰值隔離電壓 | 交流電壓（雙極） | 交流電壓（雙極） | 交流電壓（雙極） |
| VIOWM – 最大隔離工作電壓 | 交流電壓基于時(shí)間依賴型電介質(zhì)擊穿 (TDDB) | 交流電壓基于 TDDB | 基于局部放電測試 |
| VPD – 局部放電測試電壓 | VTEST = 1.5 × VIOWM | VTEST = 1.875 × VIOWM | VTEST = 1.875 × VIOWM |
| VIOSM – 最大浪涌隔離電壓 | VTEST = 1.3 × VIMP | VTEST = 1.6 × VIMP10kVPK（最小值） | 10kVPK（最小值） |
| 最短額定壽命 | 20 年 × 1.2 | 20 年 × 1.5 | 未定義 |
| 壽命期的故障率 | 1,000ppm | 1ppm | 未定義 |
| 允許使用的隔離材料 | 二氧化硅 (SiO2) 和薄膜聚合物 | SiO2 和薄膜聚合物 | 未定義 |
隔離器有幾個(gè)重要參數(shù)。例如，爬電距離和間隙距離是穿過隔離柵的兩根導(dǎo)電引線間的最短距離。如圖 3 中所示，爬電距離是在穿過 IC 封裝表面的鄰接導(dǎo)體之間測得的最短距離，而間隙距離在空氣中測得。
圖 3 穿過表面的爬電距離 (a) 和在空氣中穿過隔離器封裝的間隙。封裝技術(shù)在實(shí)現(xiàn)更高的爬電距離和間隙距離測量值方面起著重要的作用，可為工程師提供不同的選項(xiàng)。高質(zhì)量模塑化合物、寬體封裝和更高的增強(qiáng)型隔離等級(jí)相輔相成，因?yàn)楦叩母綦x等級(jí)需要更寬的封裝和更好的模塑化合物，以便封裝不會(huì)引發(fā)擊穿和電弧。
另一個(gè)參數(shù)是 CMTI，它指明了隔離器在高速瞬變情況下可靠運(yùn)作的能力，以千伏/微秒或伏/納秒為單位。寬帶隙半導(dǎo)體的普及導(dǎo)致出現(xiàn)更高瞬變電壓 (dV/dt) 的邊沿速率，使得 CMTI 的測量對于監(jiān)測隔離器的恢復(fù)性至關(guān)重要。高性能隔離器的 CMTI 額定值很容易達(dá)到 100V/ns，許多 CMTI 測試的結(jié)果都超過 200V/ns。使用低 CMTI 隔離器在高 dV/dt 環(huán)境中預(yù)期會(huì)出現(xiàn)信號(hào)完整性問題，例如脈沖抖動(dòng)、失真、運(yùn)行不穩(wěn)定或丟失脈沖信息。
IC 級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的隔離考量是類似的。我們通常要在更小的 IC 封裝尺寸、更高的集成度、熱管理和符合認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)與降低 EMI 和實(shí)現(xiàn)更高效率的需求之間進(jìn)行權(quán)衡取舍。選擇旨在滿足 IC 級(jí)的所有這些需求的隔離型組件，有助于無縫過渡到系統(tǒng)級(jí)別的完全增強(qiáng)型合規(guī)性。