許多應(yīng)用需要隔離危險電壓，以滿足國際安全標(biāo)準(zhǔn)。為了確保設(shè)備和操作人員的安全，這些標(biāo)準(zhǔn)通常要求隔離元件（如數(shù)字隔離器或光耦合器）能夠承受超過10 kV（峰值）的高壓浪涌。因此，測試隔離器浪涌能力的能力是開發(fā)安全可靠組件的重要組成部分。

國際電工委員會 （IEC） 和電氣技術(shù)協(xié)會 （VDE） 是兩個發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)的組織，負(fù)責(zé)管理醫(yī)療、工業(yè)、消費和汽車系統(tǒng)等隔離技術(shù)的系統(tǒng)和組件級應(yīng)用。為了確保存在高壓浪涌時人員和設(shè)備的安全，這些標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)給定應(yīng)用所需的隔離等級或級別規(guī)定了不同的浪涌額定值。

有三種常見的隔離類別：功能隔離、基本隔離和強化隔離。功能隔離幾乎沒有安全要求，因為它通常僅在需要分離接地基準(zhǔn)以使電路正常工作的情況下使用。安全性以及浪涌性能不是功能隔離的主要考慮因素。

然而，安全性是基本隔離和強化隔離的關(guān)鍵考慮因素，因此浪涌水平對于定義隔離質(zhì)量至關(guān)重要。基本隔離為終端設(shè)備的用戶提供防沖擊保護，而增強隔離是單個隔離系統(tǒng)，可提供相當(dāng)于兩個冗余單個或基本隔離系統(tǒng)的保護。

醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用通常需要加強絕緣，以保護患者或最終用戶免受潛在的致命沖擊。VDE的數(shù)字隔離器加強隔離標(biāo)準(zhǔn)VDE 0884-10除了工作電壓（VIORM）和耐壓（VISO）要求外，還規(guī)定了10 kV的最小浪涌電壓（VIOSM）額定值。

數(shù)字隔離器的浪涌電壓額定值定義了重復(fù)的一系列短時間高壓脈沖后的生存能力。圖1顯示了符合IEC 61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)的浪涌波形的時序特性。

圖1.浪涌電壓波形。

通過將器件放在測試板上并短路隔離柵兩側(cè)的所有引腳來進行測試（見圖2）。高壓脈沖發(fā)生器通過1000 Ω/1000 pF網(wǎng)絡(luò)連接到隔離柵的一側(cè)。發(fā)電機回路連接到屏障的另一側(cè)。在柵上放置一個100 kΩ、2.5 W電阻，以便在施加每個脈沖后對電路放電。帶有 1000：1 高壓探頭的示波器用于監(jiān)測脈沖。將噴槍設(shè)置為測試計劃中要求的最低電壓，示波器設(shè)置為單觸發(fā)。在該電壓電平下施加十個脈沖，每個脈沖都用示波器監(jiān)測。隔離柵的突破表現(xiàn)為脈沖幅度急劇下降（在遠低于50 μs的時間內(nèi)衰減到50%）。如果零件承受十個脈沖，則增加噴槍電壓，并施加十個脈沖。這種情況一直持續(xù)到勢壘失效或達到最大測試電壓為止。

圖2.浪涌測試設(shè)置。

通過此測試的能力主要取決于絕緣厚度（也稱為絕緣距離或DTI）和絕緣材料的質(zhì)量。施加的電場往往集中在絕緣體內(nèi)的缺陷點，因此較低的缺陷密度通常會導(dǎo)致較高的擊穿額定值。較厚的材料更耐擊穿，因為場強與絕緣兩側(cè)導(dǎo)體之間的距離成反比。

光耦合器通常通過10 kV浪涌測試，因為絕緣非常厚（通常為400 μm），這降低了絕緣質(zhì)量對擊穿特性的影響。簡而言之，絕緣層非常厚，不需要高質(zhì)量的材料即可通過10 kV測試。基于變壓器的隔離器使用沉積在潔凈室環(huán)境中的高質(zhì)量20 μm至32 μm聚酰亞胺層。由于這種材料的缺陷水平比光耦合器中使用的注塑環(huán)氧樹脂低得多，因此更薄的層仍然可以滿足10 kV的要求。電容式隔離器還使用高質(zhì)量的絕緣層，在這種情況下，二氧化硅（SiO2）在晶圓制造過程中沉積。二氧化硅具有很高的介電強度，但通常不能沉積在非常厚的層中，而不會在薄膜內(nèi)產(chǎn)生機械應(yīng)力。較厚的SiO2也會降低電容，從而降低柵層上的耦合效率。因此，電容隔離器通常無法通過10 kV浪涌測試，因此目前無法通過VDE認(rèn)證為增強絕緣。

在需要加強隔離的應(yīng)用中，需要防止 10 kV 浪涌，其中人員和設(shè)備受到保護。浪涌測試是確定此類應(yīng)用中隔離組件安全水平的關(guān)鍵步驟。

審核編輯：郭婷