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DIN VDE V 0884-11:2017-01对数字隔离器认证的意义


作者:Luke Trowbridge    时间:2020/4/1 16:31:52  来源:德州仪器(TI)   

截至2020年1月,德国标准化学会(
DIN)德国电气工程师协会 (VDE) V0884-10: 2006-12不再是用于评估电磁和电容电隔离产品的固有绝缘特性和高压性能的有效认证标准。这标志着集成电路(IC)制造商三年过渡期的结束。该过渡期始于2017年,当时VDE发布了DIN VDE V 0884-11:2017-01更新标准。随着这一变化,IC制造商必须进行升级以满足新的认证要求,否则将要求其从相应的IC数据表中删除VDE认证。
 
由于这些认证是为基础和增强的数字隔离器创建的唯一器件级标准,因此它们能够使原始设备制造商和终端设备制造商相信使用该隔离器将满足其系统级的高压要求和终端设备等级认证。
 
新标准有哪些变化?
从DIN V VDE V 0884-10到DIN VDE V 0884-11的最大变化是对认证过程和要求的更改。表1中列出的这些更改会影响基本认证和增强认证的器件标准。
标准/参数
DIN V VDE V 0884-10
DIN VDE V 0884-11
最大浪涌隔离电压(VIOSM
 
· 增强型测试电压= 1.6 x VIOSM 
· 基本型测试电压= 1.3 x VIOSM 
· 最小增强强度= 10 kV
· 50次浪涌冲击(单极)
· 增强型测试电压= 1.6 x VIOSM
· 基本型测试电压= 1.3 x VIOSM 
· 最小增强强度= 10 kV
· 50次浪涌冲击(双极,每个极性25个)
最大工作/重复隔离电压确定
(VIOWM,VIORM)
无需绝缘寿命数据
基于时间相关的电介质击穿(TDDB)绝缘寿命数据分析
局部放电测试电压
(VPD(M))
增强= 1.875 x VIORM
基本= 1.5 x VIORM
增强= 1.875 x VIORM
基本= 1.5 x VIORM
最小额定寿命
未定义
增强= 20年x 1.875(安全裕度)
基本= 20年x 1.3(安全裕度)
寿命期间的故障率
未定义
增强= <1 ppm
基本= <1,000 ppm
标准/认证到期
2020年1月
未设定有效期
 
表1:DIN V VDE更新(基本和增强)
让我们逐一浏览每个更新。
 “最大浪涌隔离电压”量化了隔离器承受特定瞬态曲线的高电压脉冲的能力。由于直接或间接的雷击、故障或短路事件,图2所示的浪涌测试曲线可能会在安装中出现。尽管测试电压、最低电压要求和冲击次数没有改变,但冲击现在以双极性脉冲而非单极性脉冲执行。施加25个正脉冲,随后是1小时至2小时的延迟,然后再将25个负脉冲施加到同一器件。
在单个浪涌脉冲期间,一些电荷保留在隔离电介质中,从而产生剩余电场。在单极测试中,剩余场会减小后续脉冲期间隔离栅承受的总电场。相比单极脉冲,双极脉冲对隔离栅的场强更大,因为剩余场现在与前一个脉冲叠加,从而超过了该器件测试序列中任何先前脉冲的场强度。
 
图1:模拟直接或间接雷击、故障或短路事件的电涌试验
目前,DIN VDE V 0884-11需要使用行业标准的时间相关的电介质击穿(TDDB)测试方法来收集隔离器的寿命预测数据。在此测试中,隔离栅每侧的所有管脚都绑在一起,形成了一个双端子器件,并在两侧之间施加了高电压。在室温和最高工作温度下,以60Hz的各类高电压切换收集绝缘击穿数据。
图2所示为隔离栅在其整个寿命期间承受高压应力的固有能力。根据TDDB数据,绝缘的固有能力为1.5 kVRMS,使用寿命为135年。诸如封装尺寸、污染程度、材料种类等其他因素可能会进一步限制组件的工作电压。集成电路制造商需要花费数月甚至数年时间来收集每个经认证器件的数据。
 


图2:
TDDB测试数据显示了隔离屏障在其使用寿命内承受高压应力的固有能力
对于增强隔离,DIN VDE V 0884-11要求使用故障率小于百万分之一(ppm)的TDDB预测线。即使在指定的工作隔离电压下预期的最小绝缘寿命为二十年,新的增强型认证仍要求工作电压额外增加20%的安全裕度,器件的额定寿命增加87.5%的安全裕度,也就是说,在工作电压比规定值高20%时,最低要求的绝缘寿命为37.5年。
对于基本隔离,DIN VDE V 0884-11的要求不太严格,允许的故障率小于1000 ppm。仍需要20%的工作电压裕度,但基本绝缘器件的使用寿命裕度降低到30%,这是指在工作电压比额定值高20%的情况下,总要求使用寿命为26年。DIN V VDE V 0884-10先前没有定义最小额定寿命和整个寿命内的故障率。
尽管局部放电测试标准在DIN VDE V 0884-11中并未更改,但了解局部放电测试对隔离组件的相关性非常有用。即使二操你啦影院硅不存在局部放电的现象,TI和VDE仍测试基于二操你啦影院硅的数字隔离器的局部放电。光耦合器使用局部放电测试作为一种手段来筛选出在电介质中形成多余空气气泡的不良量产器件。虽然局部放电测试可以排除有缺陷的器件,但是要注意,它不能作为最低保证寿命测试,只有在数字隔离器上进行的TDDB测试才是一个精确的寿命测试过程。
通过认证,设备制造商可以在全球范围内使用隔离器件来满足终端应用程序设计要求,并了解隔离器是否能够在其整个生命周期内可靠地工作。针对认证要求的更新和修订(如DIN VDE中的要求)可确保高电压安全性要求始终有意义且尽可能严格。如果器件制造商不能保证满足DIN VDE V 0884-11的要求,那么设备制造商对现有和未来设计的电路板隔离器件进行检查以确保它们仍然满足认证要求就变得至关重要。
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