高電壓電隔離問題

在系統中構建可靠的隔離柵時，需要考慮很多因素，包括隔離額定值、爬電距離和電氣間隙、CMTI 和 EMI。

功能、基本和增強型隔離指的是分配給電氣系統的絕緣額定級別，如表 1 中所列。

表 1 隔離等級。

絕緣體額定級別	說明
功能	設備正常運行需要絕緣
基本	針對電擊提供基本保護的絕緣
輔助	除基本絕緣外可應用的獨立絕緣 – 以便在基本絕緣出現故障時提供電擊防護
雙重	同時具有基本絕緣和輔助絕緣的絕緣
增強	電擊防護等級等效于雙重絕緣的單一絕緣系統

功能隔離指的是為系統分配極少隔離，以便使系統能夠正常運行，但不一定能防止電擊。功能隔離的一個例子是在給定電壓額定值下維持適當的印刷電路板 (PCB) 導體間距。

基本隔離提供“足夠的”電擊防護，具有與最高系統級電壓同等的安全等級。

增強型隔離是應用于高電壓系統的最高商用等級。滿足增強型隔離要求的一種方法是在隔離柵上引入更遠的距離，使其能夠承受更高的電壓測試標準和更長的額定壽命。例如，在國際電工委員會 (IEC) 60747-17 和 IEC 607475-5 中，與基本隔離相比，強制局部放電測試電壓 (V_PD) 更高。如需詳細了解增強型隔離，請觀看什么是增強型隔離？視頻。

若要認證高電壓系統是否符合增強型隔離要求，首先需要選擇符合由各個委員會定義的安全和認證測試協議的隔離器。美國保險商實驗室 (UL) 是美國的一家全球安全認證實驗室，但不同的國家/地區要求遵守其當地或區域系統標準。因此，打算在全球使用的隔離器必須符合各種國際安全標準。

表 2 總結了數字（電容和磁性）隔離器和光耦合器的 IEC 標準要求。

表 2 適用于電容隔離器和磁隔離器及光耦合器的 IEC 標準。

測試	IEC 60747-17 電容和磁隔離器		IEC 60747-5-5 光耦合器
測試	基礎型隔離	增強型隔離	僅增強型隔離
V_IORM – 最大重復峰值隔離電壓	交流電壓（雙極）	交流電壓（雙極）	交流電壓（雙極）
V_IOWM – 最大隔離工作電壓	交流電壓基于時間依賴型電介質擊穿 (TDDB)	交流電壓基于 TDDB	基于局部放電測試
V_PD – 局部放電測試電壓	V_TEST = 1.5 × V_IOWM	V_TEST = 1.875 × V_IOWM	V_TEST = 1.875 × V_IOWM
V_IOSM – 最大浪涌隔離電壓	V_TEST = 1.3 × V_IMP	V_TEST = 1.6 × V_IMP10kV_PK（最小值）	10kV_PK（最小值）
最短額定壽命	20 年 × 1.2	20 年 × 1.5	未定義
壽命期的故障率	1,000ppm	1ppm	未定義
允許使用的隔離材料	二氧化硅 (SiO₂) 和薄膜聚合物	SiO₂ 和薄膜聚合物	未定義

隔離器有幾個重要參數。例如，爬電距離和間隙距離是穿過隔離柵的兩根導電引線間的最短距離。如圖 3 中所示，爬電距離是在穿過 IC 封裝表面的鄰接導體之間測得的最短距離，而間隙距離在空氣中測得。

圖 3 穿過表面的爬電距離 (a) 和在空氣中穿過隔離器封裝的間隙。

封裝技術在實現更高的爬電距離和間隙距離測量值方面起著重要的作用，可為工程師提供不同的選項。高質量模塑化合物、寬體封裝和更高的增強型隔離等級相輔相成，因為更高的隔離等級需要更寬的封裝和更好的模塑化合物，以便封裝不會引發擊穿和電弧。

另一個參數是 CMTI，它指明了隔離器在高速瞬變情況下可靠運作的能力，以千伏/微秒或伏/納秒為單位。寬帶隙半導體的普及導致出現更高瞬變電壓 (dV/dt) 的邊沿速率，使得 CMTI 的測量對于監測隔離器的恢復性至關重要。高性能隔離器的 CMTI 額定值很容易達到 100V/ns，許多 CMTI 測試的結果都超過 200V/ns。使用低 CMTI 隔離器在高 dV/dt 環境中預期會出現信號完整性問題，例如脈沖抖動、失真、運行不穩定或丟失脈沖信息。

IC 級和系統級的隔離考量是類似的。我們通常要在更小的 IC 封裝尺寸、更高的集成度、熱管理和符合認證標準與降低 EMI 和實現更高效率的需求之間進行權衡取舍。選擇旨在滿足 IC 級的所有這些需求的隔離型組件，有助于無縫過渡到系統級別的完全增強型合規性。