ZHCAC63 February 2023 ISO7710 , ISO7710-Q1 , ISO7720 , ISO7720-Q1 , ISO7721 , ISO7721-Q1 , ISO7730 , ISO7730-Q1 , ISO7731 , ISO7740 , ISO7740-Q1 , ISO7741 , ISO7741-Q1 , ISO7741E-Q1 , ISO7742 , ISO7742-Q1 , ISO7760 , ISO7760-Q1 , ISO7761 , ISO7761-Q1 , ISO7762 , ISO7762-Q1 , ISO7763 , ISO7763-Q1
醫療終端設備通常需要針對瞬態尖峰、雷擊和其他高壓情況的保護機制。根據電磁干擾要求，需要對隔離式系統進行 15kV ESD 測試（空氣放電），以確定其滿足 IEC60601-1-2 標準并保證系統可靠性。
IEC60601-1-2 標準中引用的 IEC 61000-4-2 文檔最近在第 4 版中進行了更新，包含關于接觸和空氣 ESD 保護的更高要求。由于 ESD 保護要求不斷提高，因此必須采用可靠的方法來防止這些類型的放電。表 1-1 詳細說明了 ESD 測試要求。
| 測試類型 | 第 3 版 | 第 4 版 |
|---|---|---|
| 接觸放電 | ±2、4、6kV | ±2、4、8kV |
| 空氣放電 | ±2、4、8kV | ±2、4、8、15kV |
采用寬體 SOIC 封裝 (DW-16) 的 ISO77xx 數字隔離器系列通過 CSA 的 2 MOPP（患者保護方法）認證，符合 IEC 60601-1 3.1 版標準，額定工作電壓為 250VRMS。因此，ISO77xx 數字隔離器系列是醫療應用的理想隔離器。常用的數字隔離器封裝 DW-16 提供 8mm 間隙，而 15kV ESD 滿足爬電距離大于 12mm 的封裝要求。在該系列器件中可采用氣體放電管 (GDT) 等保護器件滿足 15kV ESD 要求，同時無需更大的 12mm 間隙。
氣體放電管 (GDT) 是一種 2 端子的非極化保護器件，用作受控氣體混合物空氣間隙，無論濕度和周圍大氣混合物等外部因素如何，其行為都是可預測的。為高壓隔離應用選擇 GDT 時，請注意一些重要參數，包括直流和脈沖擊穿電壓。GDT 的缺點之一在于，與 ESD 瞬態相比，觸發速度相對較慢。這個問題可以通過選擇擊穿電壓低得多的 GDT 并加快擊穿過程來解決。為此，在選擇擊穿電壓時，請選擇最低值大于終端設備工作電壓要求的 GDT。
為了測試 15kV 接觸放電 ESD，可考慮以 Bourns 的 GDT (2093-250-SM) 為例來測試 ISO7741。根據 IEC 60747-17 標準，應選擇 2.5kV GDT 以便能夠讓 ISO7741 在高達 2kV 的額定直流工作電壓下使用。間隙為 8mm 的 DW-16 SOIC 封裝能夠支持高達 12kV 的 ESD，僅在 ESD 介于 12kV 至 15kV 期間時才會提供所需的保護。Bourns 2093-250-SM 2.5kV GDT 具有 3.1kV 的脈沖火花放電。這意味著在 3.1kV 到 12kV 的 ESD 脈沖期間允許 GDT 有更多的時間來完全觸發和保護器件。圖 1-1 展示了采用 GDT 的 ISO7741。
為了使用 ISO77xx 器件和 GDT 來測試解決方案的 ESD 性能，這些器件已組裝到評估模塊 ISO7741EVM 上，如圖 1-2 所示。為了真正測試隔離柵，隔離柵一側的所有引腳短接在一起形成單個端子，同樣，另一側的所有引腳短接形成另一個端子。ESD 脈沖施加到這兩個端子上。根據 ESD 標準的要求，在所述電壓下使用 10 個正脈沖和 10 個負脈沖對電路板進行了測試。脈沖之間保持的持續時間為一秒。
在 3kV 和 2.5kV 擊穿電壓下捕獲了 GDT 的測試結果。對于所有 3kV GDT 設置，測試了 ±15kV 的 ESD 電壓。對于 2.5kV GDT 設置，測試了高達 16kV 的電壓。使用 ESD 脈沖對設計進行應力測試后，ISO77xx 器件通過生產測試來驗證其針對生產級器件的完整功能基準測試。表 1-2 列出了這些測試的結果，并顯示所有經測試的 ISO77xx 器件均已成功通過生產級測試。
| 電路板編號 | GDT 直流導通電壓 (kV) | ESD 接觸放電 (±kV) | 器件測試結果 |
|---|---|---|---|
| 1 | 3 | 15 | 通過所有測試 |
| 2 | 3 | 15 | 通過所有測試 |
| 3 | 3 | 15 | 通過所有測試 |
| 4 | 3 | 15 | 通過所有測試 |
| 5 | 3 | 15 | 通過所有測試 |
| 6 | 2.5 | 15 | 通過所有測試 |
| 7 | 2.5 | 15 | 通過所有測試 |
| 8 | 2.5 | 16 | 通過所有測試 |
| 9 | 2.5 | 16 | 通過所有測試 |
| 10 | 2.5 | 16 | 通過所有測試 |
隨著所需的 ESD 保護等級不斷提高，測試結果表明，采用 GDT 的德州儀器 (TI) 隔離器件有助于滿足醫療和其他工業終端設備標準中的隔離和 ESD 保護要求。