【導讀】截至2020年1月，德國標準化學會(DIN)和德國電氣工程師協(xié)會 (VDE) V0884-10: 2006-12不再是用于評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證標準。這標志著集成電路（IC）制造商三年過渡期的結(jié)束。該過渡期始于2017年，當時VDE發(fā)布了DIN VDE V 0884-11:2017-01更新標準。隨著這一變化，IC制造商必須進行升級以滿足新的認證要求，否則將要求其從相應的IC數(shù)據(jù)表中刪除VDE認證。
由于這些認證是為基礎和增強的數(shù)字隔離器創(chuàng)建的唯一器件級標準，因此它們能夠使原始設備制造商和終端設備制造商相信使用該隔離器將滿足其系統(tǒng)級的高壓要求和終端設備等級認證。
新標準有哪些變化？
從DIN V VDE V 0884-10到DIN VDE V 0884-11的最大變化是對認證過程和要求的更改。表1中列出的這些更改會影響基本認證和增強認證的器件標準。
表1：DIN V VDE更新（基本和增強）
讓我們逐一瀏覽每個更新。
“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所示的浪涌測試曲線可能會在安裝中出現(xiàn)。盡管測試電壓、最低電壓要求和沖擊次數(shù)沒有改變，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個正脈沖，隨后是1小時至2小時的延遲，然后再將25個負脈沖施加到同一器件。
在單個浪涌脈沖期間，一些電荷保留在隔離電介質(zhì)中，從而產(chǎn)生剩余電場。在單極測試中，剩余電場會減小后續(xù)脈沖期間隔離柵承受的總電場。相比單極脈沖，雙極脈沖對隔離柵的場強更大，因為剩余電場現(xiàn)在與前一個脈沖疊加，從而超過了該器件測試序列中任何先前脈沖的場強度。
圖1：模擬直接或間接雷擊、故障或短路事件的電涌試驗
目前，DIN VDE V 0884-11需要使用行業(yè)標準的時間相關的電介質(zhì)擊穿（TDDB）測試方法來收集隔離器的壽命預測數(shù)據(jù)。在此測試中，隔離柵每側(cè)的所有管腳都綁在一起，形成了一個雙端子器件，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收集絕緣擊穿數(shù)據(jù)。
圖2所示為隔離柵在其整個壽命期間承受高壓應力的固有能力。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進一步限制組件的工作電壓。集成電路制造商需要花費數(shù)月甚至數(shù)年時間來收集每個經(jīng)認證器件的數(shù)據(jù)。
圖2：TDDB測試數(shù)據(jù)顯示了隔離屏障在其使用壽命內(nèi)承受高壓應力的固有能力
對于增強隔離，DIN VDE V 0884-11要求使用故障率小于百萬分之一（ppm）的TDDB預測線。即使在指定的工作隔離電壓下預期的最小絕緣壽命為二十年，新的增強型認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，在工作電壓比規(guī)定值高20％時，最低要求的絕緣壽命為37.5年。
對于基本隔離，DIN VDE V 0884-11的要求不太嚴格，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先前沒有定義最小額定壽命和整個壽命內(nèi)的故障率。
盡管局部放電測試標準在DIN VDE V 0884-11中并未更改，但了解局部放電測試對隔離組件的相關性非常有用。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試作為一種手段來篩選出在電介質(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試，只有在數(shù)字隔離器上進行的TDDB測試才是一個精確的壽命測試過程。
通過認證，設備制造商可以在全球范圍內(nèi)使用隔離器件來滿足其終端應用程序設計要求，并了解隔離器是否能夠在其整個生命周期內(nèi)可靠地工作。針對認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，那么設備制造商對現(xiàn)有和未來設計的電路板隔離器件進行檢查以確保它們?nèi)匀粷M足認證要求就變得至關重要。
其他資源
● 查看TI的數(shù)字隔離器認證。
● 下載白皮書：“高壓增強型隔離：定義和測試方法。”
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