作者：Luke Trowbridge
截至2020年1月，德國標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)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(biāo)準(zhǔn)。這標(biāo)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(dāng)時VDE發(fā)布了DIN VDE V 0884-11:2017-01更新標(biāo)準(zhǔn)。隨著這一變化，集成電路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(yīng)的IC數(shù)據(jù)表中刪除VDE認證。
由于這些認證是為基礎(chǔ)和增強的數(shù)字隔離器創(chuàng)建的唯一組件級標(biāo)準(zhǔn)，因此它們能夠使原始設(shè)備制造商和終端設(shè)備制造商相信特定的隔離產(chǎn)品將滿足其系統(tǒng)的高電壓要求和終端設(shè)備等級認證。
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組件標(biāo)準(zhǔn)。
標(biāo)準(zhǔn)/參數(shù) | DIN V VDE V 0884-10 | DIN VDE V 0884-11 |
最大浪涌隔離電壓（VIOSM） |
增強測試電壓= 1.6 x VIOSM 基本測試電壓= 1.3 x VIOSM 最小增強強度= 10 kV 50次浪涌沖擊（單極）
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增強測試電壓= 1.6 x VIOSM 基本測試電壓= 1.3 x VIOSM 最小增強強度= 10 kV 50次浪涌沖擊（雙極，每個極性25個）
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最大工作/重復(fù)隔離電壓確定（VIOWM，VIORM） | 無需隔離壽命數(shù)據(jù) | 基于時間相關(guān)的電介質(zhì)擊穿（TDDB）絕緣壽命數(shù)據(jù)分析 |
局部放電測試電壓(VPD(M)) | 增強= 1.875 x VIORM 基本= 1.5 x VIORM
| 增強= 1.875 x VIORM 基本= 1.5 x VIORM
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最小額定壽命 | 未定義 | 增強= 20年x 1.875（安全裕度） 基本= 20年x 1.3（安全裕度）
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壽命期間的故障率 | 未定義 | |
標(biāo)準(zhǔn)/認證到期 | 2020年1月 | 未設(shè)定有效期 |
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，隨后是大于1小時但小于2小時的延遲，然后再將25個負脈沖施加到同一單元。
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)脈沖期間隔離柵觀察到的總電場。雙極脈沖對隔離柵的壓力更大，因為剩余電場現(xiàn)在與前一個脈沖疊加，從而超過了該單元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(biāo)準(zhǔn)的時間相關(guān)的電介質(zhì)擊穿（TDDB）測試方法來收集隔離壽命投影數(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(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)認證設(shè)備的數(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(yīng)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投影線。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(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先前沒有定義最小額定壽命和整個壽命內(nèi)的故障率。
盡管部分放電測試標(biāo)準(zhǔn)在DIN VDE V 0884-11中并未更改，但了解部分放電測試對隔離組件的相關(guān)性非常有用。即使二氧化硅沒有局部放電，TI和VDE仍在基于二氧化硅的數(shù)字隔離器中測試局部放電。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)中形成多余空隙的不良生產(chǎn)單元。排除有缺陷的器件非常重要，但是要注意，您不能依賴此測試作為最低保證壽命測試。在數(shù)字隔離器上而非在光耦合器上進行的TDDB測試是一個精確的壽命測試過程。
通過認證，設(shè)備制造商可以在全球范圍內(nèi)使用隔離設(shè)備，滿足終端應(yīng)用程序設(shè)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嚴(yán)格。由于不能保證組件制造商已滿足DIN VDE V 0884-11的要求，因此對未來和現(xiàn)有設(shè)計的電路板組件進行檢查以確保它們?nèi)匀粷M足認證要求至關(guān)重要。
其他資源
查看TI的數(shù)字隔離器認證。
下載白皮書：“高壓增強隔離：定義和測試方法。”
