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

 

meigeyaosudoucunzaibutongdexuanze
，zuizhongzuhejuedinggeliqidenengli。benwenjiangjujiaoyujueyuancailiao，tashijuedinganquanxinggaodidezhuyaoyinsu。guangouheqishiyonggezhongjuhewucailiao

，baokuofengzhuangdehuanyangshuzhisufengcailiao。shuzigeliqishiyongleisidejuhewuhuojuxianyaancailiao
，yekeyishiyongeryanghuagui。gelishouminghezuigaonaishoudianyadebutongqujueyucailiaohezhizaogongyi。womenxiankaolvanquanbiaozhunyijitamenyubutongleixinggeliqideguanxi。

 

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)。這zhe種zhong製zhi造zao工gong藝yi能neng以yi低di成cheng本ben將jiang隔ge離li元yuan件jian與yu任ren何he晶jing圓yuan半ban導dao體ti工gong藝yi集ji成cheng

，實shi現xian出chu色se的de質zhi量liang和he可ke靠kao性xing。下xia麵mian的de剖pou麵mian圖tu顯xian示shi了le被bei厚hou聚ju酰xian亞ya胺an層ceng分fen開kai的de頂ding部bu和he底di部bu線xian圈quan的de匝za數shu。聚ju酰xian亞ya胺an材cai料liao用yong於yu絕jue緣yuan已yi有you多duo年nian的de曆li史shi。過guo去qu十shi多duo年nian來lai

，已yi有you近jin10億隻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HVE失(shi)效(xiao)機(ji)製(zhi)。電(dian)荷(he)注(zhu)入(ru)聚(ju)酰(xian)亞(ya)胺(an)絕(jue)緣(yuan)層(ceng)後(hou)，可(ke)能(neng)會(hui)被(bei)限(xian)製(zhi)在(zai)局(ju)部(bu)陷(xian)阱(jing)位(wei)置(zhi)並(bing)釋(shi)放(fang)能(neng)量(liang)。如(ru)果(guo)釋(shi)放(fang)的(de)能(neng)量(liang)足(zu)夠(gou)高(gao)，聚(ju)酰(xian)亞(ya)胺(an)內(nei)的(de)鍵(jian)結(jie)就(jiu)會(hui)斷(duan)開(kai)
，從(cong)而(er)產(chan)生(sheng)更(geng)多(duo)陷(xian)阱(jing)位(wei)置(zhi)，導(dao)致(zhi)更(geng)多(duo)空(kong)間(jian)電(dian)荷(he)被(bei)捕(bu)捉(zhuo)。這(zhe)種(zhong)正(zheng)反(fan)饋(kui)最(zui)終(zhong)造(zao)成(cheng)絕(jue)緣(yuan)擊(ji)穿(chuan)。

 

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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