【德州儀器技術(shù)文章2000401】DINVDEV0884-112017-01對數(shù)字隔離器認(rèn)證的意義

1、德州儀器（TI）柳 &MENTSDIN VDE V 0884-11:2017-01對數(shù)字隔離器認(rèn)證的意義作者：Luke Trowbridge截至2020年1月，德國標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會(huì)（DIN）和德國電氣工程師協(xié)會(huì) （VDE） V0884-10: 2006-12不再是用 于評(píng)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(rèn)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(shí) VDE發(fā)布了 DIN VDE V 0884-11:2017-01更新標(biāo)準(zhǔn)。隨著這一變化，IC制造商必須進(jìn)行升級(jí)以滿足新的認(rèn)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(rèn)證。由于這些

2、認(rèn)證是為基礎(chǔ)和增強(qiáng)的數(shù)字隔離器創(chuàng)建的唯一器件級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，因此它們能夠使原始設(shè)備制造商和終端設(shè)備制造商相信使用該隔離器將滿足其系統(tǒng)級(jí)的高壓要求和終端設(shè)備等級(jí)認(rèn)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(rèn)證過程和要求的更改。表 1中列 出的這些更改會(huì)影響基本認(rèn)證和增強(qiáng)認(rèn)證的器件標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)/參數(shù)DIN V VDE V 0884-10DIN VDE V 0884-11最大浪涌隔高電壓（Viosm ）? 增強(qiáng)型測試電壓 =1.6 x V IOSM? 基本型測試電壓 =1.3 x V IOSM? 最小增弓雖強(qiáng)度=10 kV? 50次浪涌

3、沖擊（單極）? 增強(qiáng)型測試電壓 =1.6 xViosm? 基本型測試電壓=1.3 xViosm? 最小增強(qiáng)強(qiáng)度=10 kV? 50次浪涌沖擊（雙極，每個(gè)極性25個(gè)）最大工作/重復(fù)隔高電壓 確定（VIOWM , VIORM ）無需絕緣壽命數(shù)據(jù)基于時(shí)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(qiáng)型=1.875 x VIORM基本型=1.5 x VIORM增強(qiáng)型=1.875 x VIORM基本型=1.5 x VIORM最小額定壽命未定義增強(qiáng)型-20年x 1.875 （安全裕度）基本型=20年x 1.3 （安全裕度）壽命期間的故障率未定義增強(qiáng)型=<1 ppm基

4、本型=<1,000 ppm標(biāo)準(zhǔn)/認(rèn)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(qiáng)）讓我們逐一瀏覽每個(gè)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(huì)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(gè)正脈沖，隨后是小時(shí)至2小時(shí)的延遲，然后再將 25個(gè)負(fù)脈沖施加到同一器件。在單個(gè)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(huì)減小后續(xù)脈沖期間隔離柵承受的總電場。相比單極

5、脈沖，雙極脈沖對隔離柵的場強(qiáng)更大，因?yàn)槭Ｓ?電場現(xiàn)在與前一個(gè)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(qiáng)度。圖1 :模擬直接或間接雷擊、故障或短路事件的電涌試驗(yàn)?zāi)壳埃珼IN VDE V 0884-11需要使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間相關(guān)的電介質(zhì)擊穿（ TDDB ）測試方法來收集隔 離器的壽命預(yù)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(gè)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(gè)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 kV RMS,使用壽命為135年

6、。諸如封裝尺寸、污染程度、材料種類等其他因素可能會(huì)進(jìn)一步限制組件的工作電壓。集成電路制造商需要花費(fèi)數(shù)月甚至數(shù)年時(shí)間來收集每個(gè)經(jīng)認(rèn)證器件的數(shù)據(jù)。秒1間時(shí)障故1.E+11 -i1.E+101,E+091 ,E+081.E+07 J1.E+06 J1.E+05 J1 .E+04 J1 .E+03 J1 .E+02 -J1,E+01'.254 年 20%TDDB行（故障率1 ppm ）VDE安全裕度區(qū)工作區(qū)135 Yrs50015002500 350045W5500 &500750005009500施加電壓（Vrms）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

7、有能力對于增強(qiáng)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(yù)測線。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(qiáng)型認(rèn)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(shí)，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 0

8、884-10先前沒有定義最小額定壽命和整個(gè)壽命內(nèi)的故障率。盡管局部放電測試標(biāo)準(zhǔn)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(guān)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)字隔離器的局在數(shù)字隔離器上進(jìn)行的TDDB測試才是一個(gè)精確的壽命測試過程。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,設(shè)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(yīng)用程序設(shè)計(jì)要求，并了解隔離器是否能夠在其整個(gè)生命周期內(nèi)可靠地工作。針對認(rèn)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