數字隔離器的浪湧測試
發布時間:2012-09-27 來源:電子元件技術網 責任編輯:Hedyxing
導讀:許多應用要求隔離危險電壓,以符合國際安全標準的要求。為了確保設備和操作人員的安全,這些標準往往要求隔離元件(如數字隔離器或光耦合器)能承受10 kV(峰值)以上的高壓浪湧。因此,測試隔離器浪湧性能是開發安全、可靠器件的必要環節。
國際電工委員會(IEC)和VDE (Verband der Elektrotechnik)兩個組織出版的標準就隔離技術在醫療、工業、消xiao費fei以yi及ji汽qi車che等deng係xi統tong中zhong的de係xi統tong級ji和he元yuan件jian級ji應ying用yong進jin行xing了le規gui定ding。為wei了le確que保bao在zai出chu現xian高gao壓ya浪lang湧yong時shi人ren員yuan和he設she備bei的de安an全quan,這zhe些xie標biao準zhun根gen據ju具ju體ti應ying用yong所suo需xu要yao的de隔ge離li等deng級ji規gui定ding了le不bu同tong的de浪lang湧yong額e定ding值zhi。
共有三類常見的隔離等級:功能隔離、基ji本ben隔ge離li和he增zeng強qiang隔ge離li。功gong能neng隔ge離li僅jin有you少shao量liang安an全quan要yao求qiu,因yin為wei它ta一yi般ban隻zhi用yong於yu要yao求qiu隔ge離li接jie地di基ji準zhun電dian壓ya的de場chang合he,以yi保bao證zheng電dian路lu能neng正zheng常chang工gong作zuo。可ke見jian,安an全quan性xing和he浪lang湧yong性xing能neng並bing不bu是shi功gong能neng隔ge離li的de主zhu要yao考kao慮lv因yin素su。
raner,anquanxingqueshijibengelihezengqianggelidezhuyaokaolvyinsu,yinci,langyongdianpingshiquedinggelizhiliangdeguanjian。jibengelikeyibaohuzhongduanshebeiyonghu,shiqimianshoudianji,zengqianggelishiyizhongdandudegelixitong,qitigongdebaohunenglixiangdangyulianggerongyudedangehuojibengelixitong。
醫療和工業應用一般要求增強隔離,以保護病人和終端用戶,使其免受致命性電擊的影響。VDE針對數字隔離器的增強隔離標準是VDE 0884-10,規定最小浪湧電壓(VIOSM)額定值為10 kV,同時對工作電壓(VIORM)和耐受電壓(VISO)作出了規定。
數字隔離器的浪湧電壓額定值規定的是在經受連續短暫高壓脈衝之後的抗衝擊能力。圖1所示為符合IEC 61000-4-5的浪湧波形的時序特性。

圖1 浪湧電壓波形
測試時,把設備放在一個測試板上,使隔離柵兩端的所有引腳短路(見圖2)。將一個高壓脈衝發生器通過一個1000 /1000 pF網絡連接到隔離柵的一端。發生器回路連接到隔離柵另一端。將一個100 k、2.5 W的電阻跨接於隔離柵上,以便施加各個脈衝之後使電路放電。用一個帶1000:1高壓探頭的示波器監控脈衝。將放電槍設置為測試計劃規定的最低電壓,示波器設為單次觸發。在該電壓電平下施加10個脈衝,並用示波器對各個脈衝進行監控。通過驟降脈衝幅度(在不到50 s的時間內下降到50%)可發現隔離柵中的缺口。如果部件可以承受10個脈衝,則提高放電槍電壓,再施加10個脈衝。持續進行,直到隔離柵發生故障為止,或者直到達到最大測試電壓為止。

圖2 浪湧測試設置
能否通過該測試主要取決於隔離厚度(亦稱為隔離距離,縮寫為DTI)以(yi)及(ji)隔(ge)離(li)材(cai)料(liao)的(de)質(zhi)量(liang)。應(ying)用(yong)的(de)電(dian)場(chang)往(wang)往(wang)在(zai)絕(jue)緣(yuan)體(ti)內(nei)部(bu)的(de)缺(que)陷(xian)點(dian)聚(ju)集(ji),因(yin)此(ci),較(jiao)低(di)的(de)缺(que)陷(xian)密(mi)度(du)一(yi)般(ban)會(hui)帶(dai)來(lai)較(jiao)高(gao)的(de)擊(ji)穿(chuan)額(e)定(ding)值(zhi)。較(jiao)厚(hou)的(de)材(cai)料(liao)對(dui)擊(ji)穿(chuan)的(de)抗(kang)擊(ji)能(neng)力(li)更(geng)強(qiang),因(yin)為(wei)場(chang)強(qiang)與(yu)絕(jue)緣(yuan)體(ti)任(ren)一(yi)端(duan)的(de)導(dao)體(ti)之(zhi)間(jian)的(de)距(ju)離(li)成(cheng)反(fan)比(bi)。
光耦合器一般可以通過10 kV浪湧測試,因為絕緣體很厚(典型值為400 m),因而可以降低絕緣質量對擊穿特性的影響。簡單而言,絕緣層很厚,因此不需優質材料也可通過10 kV測試。基於變壓器的隔離器采用一種優質的20 m至32 m聚(ju)酰(xian)亞(ya)胺(an)層(ceng),存(cun)放(fang)於(yu)潔(jie)淨(jing)的(de)室(shi)內(nei)環(huan)境(jing)中(zhong)。由(you)於(yu)這(zhe)種(zhong)材(cai)料(liao)的(de)缺(que)陷(xian)水(shui)平(ping)遠(yuan)遠(yuan)低(di)於(yu)光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)注(zhu)射(she)成(cheng)型(xing)環(huan)氧(yang)樹(shu)脂(zhi),因(yin)此(ci),厚(hou)度(du)薄(bo)得(de)多(duo)的(de)絕(jue)緣(yuan)層(ceng)也(ye)可(ke)達(da)到(dao)10 kV的要求。電容性隔離器同樣采用優質絕緣層,這裏是在晶圓製造過程中沉澱的二氧化矽(SiO2)。二氧化矽具有較高的介電強度,但一般情況下,如果不在薄膜中造成機械應力,則無法沉澱得很厚。較厚的SiO2同時也可降低電容,這又會導致隔離柵耦合效率的下降。為此,電容性隔離器一般不能通過10 kV浪湧測試,因此,無法通過VDE的增強隔離認證。
在需要對人員和設備進行保護的增強隔離應用中,需要實現10 kV浪湧保護。浪湧測試是確定隔離元件在此類應用中的安全等級的關鍵步驟。
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