數(shù)字隔離器的浪涌測試 - 如何成為出色的模擬工程師(三):數(shù)字隔離與模擬隔離

許多應(yīng)用要求隔離危險電壓，以符合國際安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。為了確保設(shè)備和操作人員的安全，這些標(biāo)準(zhǔn)往往要求隔離元件（如數(shù)字隔離器或光耦合器）能承受10 kV（峰值）以上的高壓浪涌。因此，測試隔離器浪涌性能是開發(fā)安全、可靠器件的必要環(huán)節(jié)。

國際電工委員會（IEC）和VDE （Verband der Elektrotechnik）兩個組織出版的標(biāo)準(zhǔn)就隔離技術(shù)在醫(yī)療、工業(yè)、消費以及汽車等系統(tǒng)中的系統(tǒng)級和元件級應(yīng)用進(jìn)行了規(guī)定。為了確保在出現(xiàn)高壓浪涌時人員和設(shè)備的安全，這些標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)具體應(yīng)用所需要的隔離等級規(guī)定了不同的浪涌額定值。

共有三類常見的隔離等級：功能隔離、基本隔離和增強隔離。功能隔離僅有少量安全要求，因為它一般只用于要求隔離接地基準(zhǔn)電壓的場合，以保證電路能正常工作。可見，安全性和浪涌性能并不是功能隔離的主要考慮因素。

然而，安全性卻是基本隔離和增強隔離的主要考慮因素，因此，浪涌電平是確定隔離質(zhì)量的關(guān)鍵?；靖綦x可以保護(hù)終端設(shè)備用戶，使其免受電擊，增強隔離是一種單獨的隔離系統(tǒng)，其提供的保護(hù)能力相當(dāng)于兩個冗余的單個或基本隔離系統(tǒng)。醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用一般要求增強隔離，以保護(hù)病人和終端用戶，使其免受致命性電擊的影響。VDE針對數(shù)字隔離器的增強隔離標(biāo)準(zhǔn)是VDE 0884-10，規(guī)定最小浪涌電壓（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(guī)定。

數(shù)字隔離器的浪涌電壓額定值規(guī)定的是在經(jīng)受連續(xù)短暫高壓脈沖之后的抗沖擊能力。圖1所示為符合IEC 61000-4-5的浪涌波形的時序特性。

圖1. 浪涌電壓波形

測試時，把設(shè)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）。將一個高壓脈沖發(fā)生器通過一個1000Ω/1000 pF網(wǎng)絡(luò)連接到隔離柵的一端。發(fā)生器回路連接到隔離柵另一端。將一個100 kΩ、2.5 W的電阻跨接于隔離柵上，以便施加各個脈沖之后使電路放電。用一個帶1000:1高壓探頭的示波器監(jiān)控脈沖。將放電槍設(shè)置為測試計劃規(guī)定的最低電壓，示波器設(shè)為單次觸發(fā)。在該電壓電平下施加10個脈沖，并用示波器對各個脈沖進(jìn)行監(jiān)控。通過驟降脈沖幅度（在不到50 μs的時間內(nèi)下降到50%）可發(fā)現(xiàn)隔離柵中的缺口。如果部件可以承受10個脈沖，則提高放電槍電壓，再施加10個脈沖。持續(xù)進(jìn)行，直到隔離柵發(fā)生故障為止，或者直到達(dá)到最大測試電壓為止。

圖2. 浪涌測試設(shè)置

能否通過該測試主要取決于隔離厚度（亦稱為隔離距離，縮寫為DTI）以及隔離材料的質(zhì)量。應(yīng)用的電場往往在絕緣體內(nèi)部的缺陷點聚集，因此，較低的缺陷密度一般會帶來較高的擊穿額定值。較厚的材料對擊穿的抗擊能力更強，因為場強與絕緣體任一端的導(dǎo)體之間的距離成反比。

以上我們解釋了數(shù)字隔離器的隔離要素及數(shù)字隔離器的浪涌測試，下面我們將為大家?guī)砟M隔離的技術(shù)及應(yīng)用。