高电压电隔离问题

在系统中构建可靠的隔离栅时，需要考虑很多因素，包括隔离额定值、爬电距离和电气间隙、CMTI 和 EMI。

功能、基本和增强型隔离指的是分配给电气系统的绝缘额定级别，如表 1 中所列。

表 1 隔离等级。

绝缘体额定级别	说明
功能	设备正常运行需要绝缘
基本	针对电击提供基本保护的绝缘
辅助	除基本绝缘外可应用的独立绝缘 – 以便在基本绝缘出现故障时提供电击防护
双重	同时具有基本绝缘和辅助绝缘的绝缘
增强	电击防护等级等效于双重绝缘的单一绝缘系统

功能隔离指的是为系统分配极少隔离，以便使系统能够正常运行，但不一定能防止电击。功能隔离的一个例子是在给定电压额定值下维持适当的印刷电路板 (PCB) 导体间距。

基本隔离提供“足够的”电击防护，具有与最高系统级电压同等的安全等级。

增强型隔离是应用于高电压系统的最高商用等级。满足增强型隔离要求的一种方法是在隔离栅上引入更远的距离，使其能够承受更高的电压测试标准和更长的额定寿命。例如，在国际电工委员会 (IEC) 60747-17 和 IEC 607475-5 中，与基本隔离相比，强制局部放电测试电压 (V_PD) 更高。如需详细了解增强型隔离，请观看什么是增强型隔离？视频。

若要认证高电压系统是否符合增强型隔离要求，首先需要选择符合由各个委员会定义的安全和认证测试协议的隔离器。美国保险商实验室 (UL) 是美国的一家全球安全认证实验室，但不同的国家/地区要求遵守其当地或区域系统标准。因此，打算在全球使用的隔离器必须符合各种国际安全标准。

表 2 总结了数字（电容和磁性）隔离器和光耦合器的 IEC 标准要求。

表 2 适用于电容隔离器和磁隔离器及光耦合器的 IEC 标准。

测试	IEC 60747-17 电容和磁隔离器		IEC 60747-5-5 光耦合器
测试	基础型隔离	增强型隔离	仅增强型隔离
V_IORM – 最大重复峰值隔离电压	交流电压（双极）	交流电压（双极）	交流电压（双极）
V_IOWM – 最大隔离工作电压	交流电压基于时间依赖型电介质击穿 (TDDB)	交流电压基于 TDDB	基于局部放电测试
V_PD – 局部放电测试电压	V_TEST = 1.5 × V_IOWM	V_TEST = 1.875 × V_IOWM	V_TEST = 1.875 × V_IOWM
V_IOSM – 最大浪涌隔离电压	V_TEST = 1.3 × V_IMP	V_TEST = 1.6 × V_IMP10kV_PK（最小值）	10kV_PK（最小值）
最短额定寿命	20 年 × 1.2	20 年 × 1.5	未定义
寿命期的故障率	1,000ppm	1ppm	未定义
允许使用的隔离材料	二氧化硅 (SiO₂) 和薄膜聚合物	SiO₂ 和薄膜聚合物	未定义

隔离器有几个重要参数。例如，爬电距离和间隙距离是穿过隔离栅的两根导电引线间的最短距离。如图 3 中所示，爬电距离是在穿过 IC 封装表面的邻接导体之间测得的最短距离，而间隙距离在空气中测得。

图 3 穿过表面的爬电距离 (a) 和在空气中穿过隔离器封装的间隙。

封装技术在实现更高的爬电距离和间隙距离测量值方面起着重要的作用，可为工程师提供不同的选项。高质量模塑化合物、宽体封装和更高的增强型隔离等级相辅相成，因为更高的隔离等级需要更宽的封装和更好的模塑化合物，以便封装不会引发击穿和电弧。

另一个参数是 CMTI，它指明了隔离器在高速瞬变情况下可靠运作的能力，以千伏/微秒或伏/纳秒为单位。宽带隙半导体的普及导致出现更高瞬变电压 (dV/dt) 的边沿速率，使得 CMTI 的测量对于监测隔离器的恢复性至关重要。高性能隔离器的 CMTI 额定值很容易达到 100V/ns，许多 CMTI 测试的结果都超过 200V/ns。使用低 CMTI 隔离器在高 dV/dt 环境中预期会出现信号完整性问题，例如脉冲抖动、失真、运行不稳定或丢失脉冲信息。

IC 级和系统级的隔离考量是类似的。我们通常要在更小的 IC 封装尺寸、更高的集成度、热管理和符合认证标准与降低 EMI 和实现更高效率的需求之间进行权衡取舍。选择旨在满足 IC 级的所有这些需求的隔离型组件，有助于无缝过渡到系统级别的完全增强型合规性。