失效模式 2：測試結果

為了驗證 TI 增強型隔離技術在違反安全限制電流或功率參數的應力條件下是否表現出“失效開路”行為，執行了多項測試。實驗 1 和實驗 2 選擇了增強型隔離式柵極驅動器 ISO5851 和增強型四通道數字隔離器 ISO7841。

在實驗 1 中，隔離器的輸出引腳被短路，同時升高隔離器的電源電壓，直到隔離器不再起作用。

在實驗 2 中，使用浪涌發生器對隔離器的一側施加重復的高壓沖擊（1kV 和 2kV）。其目的是模擬短路對電機驅動器、光伏逆變器和其他類似應用中高壓直流總線的影響。

TI 還針對 ISOM8710 光耦仿真器等產品在輸入芯片上實現了新的“失效斷開”功能，其中隔離基于圖 8 中所示的 3 芯片解決方案。這一新特性確保絕緣柵和輸出芯片受到輸入側 EOS 事件的保護。圖 9 提供了具有輸入失效斷開 IP 的 3 芯片光耦仿真器的截面視圖。

圖 8 在 3 芯片隔離器的一側施加高壓應力。采用失效斷開 (FO) IP 設計的左芯片可確保 ISO 芯片和右芯片在 EOS 事件下的完整性。

圖 9 具有失效斷開 IP 的 3 芯片光耦仿真器的截面視圖。

為了演示失效斷開特性，在實驗 3-5 中對具有三種 EOS 類型的輸入芯片施加了應力，并查看了施加應力后的隔離完整性。

在實驗 3 中，使用直流電源通過不同的源阻抗在室溫和高溫下向輸入側（陽極和陰極之間）施加 EOS 電壓長達 10 分鐘，這會導致輸入芯片失效斷開。這模擬了可以持續到系統關斷的 DC-EOS 事件。接下來，施加 EOS 12 小時，以確保輸入芯片保持失效斷開，即使對于開路器件上的持續 EOS 應力也是如此。最后，在絕緣柵上執行緩升至擊穿測試 (RTB)，以檢查左側芯片上的 EOS 事件導致功能故障后的隔離完整性。圖 10 顯示了我們對隔離柵施加高壓應力的 RTB 設置。

圖 10 整個隔離柵的高壓斜升至擊穿電壓 (RTB)。

在實驗 4 中，使用類似的測試程序更改實驗 3 的 EOS 輸入。我們連接了預充電的電容器，以研究電容器放電對隔離輸入側的影響。

在實驗 5 中，向輸入側施加了電流源，并斜升直至輸入側失效斷開。實驗 3 至 5 模擬上述應用中直流電源總線對輸入側的短路。

在 ISO 比較器（例如 AMC23C10）的輸出芯片引腳（VDD、OUT1 和 OUT2）上也實現了失效斷開功能，其中隔離基于單芯片增強型隔離電容器方法，如圖 6 所示。還對這些器件進行了實驗 3-5，以確保輸入芯片和隔離在 EOS 事件導致輸出芯片發生功能故障后完好無損。表 1 中總結了這些結果。

表 1 列出了這些實驗的結果。在所有情況下，在高功率應力之后，所有隔離器都在 1 側和 2 側之間保持高阻抗。也就是說，它們“失效斷開”。此外，針對 3kVrms 的基本隔離額定值對 ISO5851 和 ISO7841 進行了進一步測試，測試時間為 60 秒。所有器件都能夠承受這種電壓而不發生擊穿。ISOM8710 在施加應力后在油中緩升至擊穿情況下進行了進一步測試。換句話說，在高功率測試后保留基本隔離。作為一項極端測試，將正負極性的 50 2kV 浪涌脈沖施加到柵極驅動器和數字隔離器的兩個單元中。即使在承受如此嚴重的應力后，隔離器也會在 1 側和 2 側之間保持高阻抗，保持基本隔離，并“失效斷開”。

在施加大功率應力后，其中一些器件被拆封并拍照，以檢查每個器件的內部狀態（請參見圖 11 和圖 12）。結果符合我們對失效分析的預期。雖然面向高功率應力的芯片受到嚴重損壞，但至少完全保留了帶有一個隔離電容器的一個芯片。該芯片負責觀測到的“失效斷開”性質。如果使用 ISO5851 作為三芯片模塊，則僅對柵極驅動器芯片造成損壞，對隔離柵的損壞非常小。