高压隔离技术的工作原理 - 可靠性测试
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[音乐播放] 大家好，我是 Tom Bonifield， 德州仪器 (TI) 的 高电压隔离技术 专家，我们现在在 TI 的一个高电压 实验室内。 本视频是 高电压增强型隔离 质量和可靠性 视频系列的一部分。 本视频将重点介绍 增强型隔离 工作电压的 可靠性。 TI 的增强型 隔离是通过 将厚二氧化硅 电容器组合串联 实现的，如左上角的 剖面原理图 所示。 在该剖面原理图中， 左右两侧各有 一个裸片， 这两个裸片均具有 高电压电容器， 且彼此串联。 每个通道均在两个 裸片上采用了高电压 隔离电容器。 隔离电容器 组合厚度 大于 21 微米。 因此实现了非常高的 隔离电压额定值， 包括 12.8kV 浪涌电压、 8kV 峰值瞬态过压 和 1 又 1/2 kV RMS 工作电压。 在本视频中， 我们将讨论 工作电压的可靠性。 主要的隔离 电气寿命测试 是时间依赖型电介质 击穿测试，简称 TDDB。 TDDB 是用于 确定作为电压的 函数的电介质 寿命的标准方法。 TDDB 是一种 加速寿命测试。 在左侧的图中， 您可以看到， 用于测试的 电压为蓝点， 这些电压为 5,000、 6,000 和 7,000V RMS， 远高于 1,500V RMS 的工作 电压。 在各个测试电压下， 对所有器件进行 威布尔统计。 器件总数达到了 IEC 和 VDE 的 认证要求，即要求 器件数超过 96 个， 且是来自超过 3 个批次。 通过各个电压下的 威布尔统计， 我们可以测量平均寿命， 该值称为 t63， 也就是 63% 的器件都测试失败的点。 而器件的失败率 仍低于 1 PPM 时， 寿命中的点 则组成了图中 左侧的虚线。 然后将多个电压 数据拟合成一个模型。 该模型是一个 TDB 标准模型， 其中失败时间 与所施加的电场， 或者本例中 所施加的电压， 成指数关系。 由于是指数关系， 在该图中，您可以 看到，y 轴上的寿命是 一个对数标度， 它的跨度极大， 从图底部的 10 秒， 一直到图顶部的 300 年。 使用此数据的方法是 将 1 PPM 线与隔离额定值 进行比较。 您可以在该图的 左上角看到二者的比较。 您可以通过三种 方式来比较 实际数据 相对于工作电压的 裕度。 一种方式是电压裕度。 请查看对应于 40 年寿命的直线， 然后，沿该直线 水平向右， 您可以看到， 1 PPM 线相较于 1 又 1/2 kV 的 隔离额定值 具有超过 1kV RMS 的裕度。 另外一种方式 是寿命裕度。 请查看 1,500V RMS 对应的直线， 您可以看到， 1 PPM 线远远超出了 40 年。 事实上，它超出了 图表的顶部， 这意味着 它超出了 300 年。 最后一种方式 是查看失败率。 T63 是失败发生的地方。 1 PPM 是开始出现 1 PPM 失败率的地方。 您可以看到， 这些数据远低于 1 PPM。 除了工作电压外， 这些数据 还可用于评估 高于隔离额定值 本身 Viotm 的裕度。 Viotm 或 Viso 为额定 电压，器件需要能够在额定 电压下坚持 60 秒。 您可以在 60 秒、5.7kV RMS 位置看到 曲线上的 Viotm 标志。 从该点向上看， 您可以看到， 实际数据相较于 Viotm 隔离的 要求值高出了 几个数量级。 这一 TDDB 数据 要求现已 成为 VDE 0884-11 标准的一部分。 这是首个证明 达到该标准的技术。 我们选择二氧化硅 作为我们的电介质， 是因为它具有非常 出色的可靠性。 在此表中， 我们对隔离 产品中有时 会使用的一些 电介质进行了比较。 首先是空气。 空气仅具有每微米 1V RMS 的隔离能力。 因此需要 8 毫米的 爬电间隙， 来防止空气击穿。 环氧树脂要好得多， 可实现每微米 20V。 我们的封装中使用的 二氧化硅填充的模塑化合物 又比前者要好得多。 能够达到每微米 100V RMS。 在某些隔离产品 使用的聚合物中， 聚酰亚胺是 隔离性能最好的 聚合物之一。 您可以看到， 聚酰亚胺 在缓升至击穿电压 测试中具有每微米 300V RMS 的击穿强度。 而二氧化硅的 强度比前者更高， 每微米超过 500V RMS。 但是，除了在 缓升至击穿电压测试 或浪涌测试等 测试中的击穿强度， 二氧化硅还具有 超过 40 年的 连续承压能力， 因此具有杰出的 介电强度。 您可以看到， 对于二氧化硅， 即使是在 40 年的 连续承压后， 仍然可以达到每微米 超过 100V RMS。 而聚酰亚胺则要低得多。 其原因是 水分会被 吸收到聚酰亚胺中， 这会降低其在连续 运行条件下的寿命。 这就是为什么 我们选择二氧化硅 作为隔离层 材料的原因。 除了 TDDB， 我们还使用 方法 B1 和方法 A 这两种 隔离标准测试进行测试。 方法 B1 和方法 A 测试均由两部分组成。 第一个部分 是隔离测试， 即通过高电压测试 筛选出具有不合格 电容器的器件。 测试的第二部分 是局部放电测试。 在局部放电 测试中，我们 遵循相同的 5pCoulomb 测试标准， 这是所有隔离技术 都必须遵循的标准。 如果使用方法 A， 在鉴定测试中， 隔离应力为 在 VIOTM 电压下持续 60 秒。 在局部放电 测试中，则是 在 1.6 倍 VIORM 电压， 也就是高于工作电压 60% 的 情况下持续 10 秒。 外部标准 IEC 和 VDE 以及需要在样本基础上 验证 VIOTM 的 季度监测均需要 使用方法 A。 方法 B1 也用于 质量鉴定， 但它同时 还用作生产测试。 对于方法 B1， 隔离应力为 在高于 VIOTM 20% 的 情况下持续 1 秒， 局部放电测试 则是在 1.875 倍 VIORM 电压下持续 1 秒。 外部标准 IEC 和 VDE 的要求是， 所有增强型隔离 器件都必须在 生产环节进行测试。 总之，TI 的增强型 隔离产品系列 具有超出 增强型隔离要求的 高电压能力。 我们使用统计 测试方法，通过 实质性的裕度 证明了这些产品的 高电压隔离质量。 高电压隔离 技术的可靠性 则通过时间依赖型 电介质击穿测试进行了证明， 该测试是证明器件在 使用情况下的寿命的 行业标准方法。 有关详细信息， 请访问 ti.com/isolation， 寻找介绍出色高电压 信号隔离质量和可靠性的 白皮书。 谢谢。 [音乐播放]
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德州仪器 (TI) 的 高电压隔离技术
专家，我们现在在 TI 的一个高电压
实验室内。
本视频是 高电压增强型隔离
质量和可靠性 视频系列的一部分。
本视频将重点介绍 增强型隔离
工作电压的 可靠性。
TI 的增强型 隔离是通过
将厚二氧化硅 电容器组合串联
实现的，如左上角的 剖面原理图
所示。
在该剖面原理图中，
左右两侧各有 一个裸片，
这两个裸片均具有 高电压电容器，
且彼此串联。
每个通道均在两个 裸片上采用了高电压
隔离电容器。
隔离电容器 组合厚度
大于 21 微米。
因此实现了非常高的 隔离电压额定值，
包括 12.8kV 浪涌电压、 8kV 峰值瞬态过压
和 1 又 1/2 kV RMS 工作电压。
在本视频中， 我们将讨论
工作电压的可靠性。
主要的隔离 电气寿命测试
是时间依赖型电介质 击穿测试，简称 TDDB。
TDDB 是用于 确定作为电压的
函数的电介质 寿命的标准方法。
TDDB 是一种 加速寿命测试。
在左侧的图中， 您可以看到，
用于测试的 电压为蓝点，
这些电压为 5,000、 6,000 和 7,000V RMS，
远高于 1,500V RMS 的工作
电压。
在各个测试电压下， 对所有器件进行
威布尔统计。
器件总数达到了 IEC 和 VDE 的
认证要求，即要求 器件数超过 96 个，
且是来自超过 3 个批次。
通过各个电压下的 威布尔统计，
我们可以测量平均寿命， 该值称为 t63，
也就是 63% 的器件都测试失败的点。
而器件的失败率 仍低于 1 PPM 时，
寿命中的点 则组成了图中
左侧的虚线。
然后将多个电压 数据拟合成一个模型。
该模型是一个 TDB 标准模型，
其中失败时间 与所施加的电场，
或者本例中 所施加的电压，
成指数关系。
由于是指数关系，
在该图中，您可以 看到，y 轴上的寿命是
一个对数标度， 它的跨度极大，
从图底部的 10 秒， 一直到图顶部的
300 年。
使用此数据的方法是 将 1 PPM 线与隔离额定值
进行比较。
您可以在该图的 左上角看到二者的比较。
您可以通过三种 方式来比较
实际数据 相对于工作电压的
裕度。
一种方式是电压裕度。
请查看对应于 40 年寿命的直线，
然后，沿该直线 水平向右，
您可以看到， 1 PPM 线相较于
1 又 1/2 kV 的 隔离额定值
具有超过 1kV RMS 的裕度。
另外一种方式 是寿命裕度。
请查看 1,500V RMS 对应的直线，
您可以看到， 1 PPM 线远远超出了 40 年。
事实上，它超出了 图表的顶部，
这意味着 它超出了 300 年。
最后一种方式 是查看失败率。
T63 是失败发生的地方。
1 PPM 是开始出现 1 PPM 失败率的地方。
您可以看到， 这些数据远低于 1 PPM。
除了工作电压外，
这些数据 还可用于评估
高于隔离额定值 本身 Viotm 的裕度。
Viotm 或 Viso 为额定 电压，器件需要能够在额定
电压下坚持 60 秒。
您可以在 60 秒、5.7kV RMS 位置看到
曲线上的 Viotm 标志。
从该点向上看， 您可以看到，
实际数据相较于 Viotm 隔离的
要求值高出了 几个数量级。
这一 TDDB 数据 要求现已
成为 VDE 0884-11 标准的一部分。
这是首个证明 达到该标准的技术。
我们选择二氧化硅 作为我们的电介质，
是因为它具有非常 出色的可靠性。
在此表中， 我们对隔离
产品中有时 会使用的一些
电介质进行了比较。
首先是空气。
空气仅具有每微米 1V RMS 的隔离能力。
因此需要 8 毫米的
爬电间隙， 来防止空气击穿。
环氧树脂要好得多， 可实现每微米 20V。
我们的封装中使用的 二氧化硅填充的模塑化合物
又比前者要好得多。
能够达到每微米 100V RMS。
在某些隔离产品 使用的聚合物中，
聚酰亚胺是 隔离性能最好的
聚合物之一。
您可以看到， 聚酰亚胺
在缓升至击穿电压 测试中具有每微米
300V RMS 的击穿强度。
而二氧化硅的 强度比前者更高，
每微米超过 500V RMS。
但是，除了在 缓升至击穿电压测试
或浪涌测试等 测试中的击穿强度，
二氧化硅还具有 超过 40 年的
连续承压能力， 因此具有杰出的
介电强度。
您可以看到， 对于二氧化硅，
即使是在 40 年的 连续承压后，
仍然可以达到每微米 超过 100V RMS。
而聚酰亚胺则要低得多。
其原因是 水分会被
吸收到聚酰亚胺中， 这会降低其在连续
运行条件下的寿命。
这就是为什么 我们选择二氧化硅
作为隔离层 材料的原因。
除了 TDDB， 我们还使用
方法 B1 和方法 A 这两种 隔离标准测试进行测试。
方法 B1 和方法 A 测试均由两部分组成。
第一个部分 是隔离测试，
即通过高电压测试 筛选出具有不合格
电容器的器件。
测试的第二部分 是局部放电测试。
在局部放电 测试中，我们
遵循相同的 5pCoulomb 测试标准，
这是所有隔离技术 都必须遵循的标准。
如果使用方法 A， 在鉴定测试中，
隔离应力为 在 VIOTM 电压下持续 60 秒。
在局部放电 测试中，则是
在 1.6 倍 VIORM 电压， 也就是高于工作电压 60% 的
情况下持续 10 秒。
外部标准 IEC 和 VDE 以及需要在样本基础上
验证 VIOTM 的 季度监测均需要
使用方法 A。
方法 B1 也用于 质量鉴定，
但它同时 还用作生产测试。
对于方法 B1， 隔离应力为
在高于 VIOTM 20% 的 情况下持续 1 秒，
局部放电测试 则是在 1.875 倍
VIORM 电压下持续 1 秒。
外部标准 IEC 和 VDE 的要求是，
所有增强型隔离 器件都必须在
生产环节进行测试。
总之，TI 的增强型 隔离产品系列
具有超出 增强型隔离要求的
高电压能力。
我们使用统计 测试方法，通过
实质性的裕度 证明了这些产品的
高电压隔离质量。
高电压隔离 技术的可靠性
则通过时间依赖型 电介质击穿测试进行了证明，
该测试是证明器件在 使用情况下的寿命的
行业标准方法。
有关详细信息， 请访问 ti.com/isolation，
寻找介绍出色高电压 信号隔离质量和可靠性的
白皮书。
谢谢。
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[音乐播放]
大家好，我是 Tom Bonifield，
德州仪器 (TI) 的 高电压隔离技术
专家，我们现在在 TI 的一个高电压
实验室内。
本视频是 高电压增强型隔离
质量和可靠性 视频系列的一部分。
本视频将重点介绍 增强型隔离
工作电压的 可靠性。
TI 的增强型 隔离是通过
将厚二氧化硅 电容器组合串联
实现的，如左上角的 剖面原理图
所示。
在该剖面原理图中，
左右两侧各有 一个裸片，
这两个裸片均具有 高电压电容器，
且彼此串联。
每个通道均在两个 裸片上采用了高电压
隔离电容器。
隔离电容器 组合厚度
大于 21 微米。
因此实现了非常高的 隔离电压额定值，
包括 12.8kV 浪涌电压、 8kV 峰值瞬态过压
和 1 又 1/2 kV RMS 工作电压。
在本视频中， 我们将讨论
工作电压的可靠性。
主要的隔离 电气寿命测试
是时间依赖型电介质 击穿测试，简称 TDDB。
TDDB 是用于 确定作为电压的
函数的电介质 寿命的标准方法。
TDDB 是一种 加速寿命测试。
在左侧的图中， 您可以看到，
用于测试的 电压为蓝点，
这些电压为 5,000、 6,000 和 7,000V RMS，
远高于 1,500V RMS 的工作
电压。
在各个测试电压下， 对所有器件进行
威布尔统计。
器件总数达到了 IEC 和 VDE 的
认证要求，即要求 器件数超过 96 个，
且是来自超过 3 个批次。
通过各个电压下的 威布尔统计，
我们可以测量平均寿命， 该值称为 t63，
也就是 63% 的器件都测试失败的点。
而器件的失败率 仍低于 1 PPM 时，
寿命中的点 则组成了图中
左侧的虚线。
然后将多个电压 数据拟合成一个模型。
该模型是一个 TDB 标准模型，
其中失败时间 与所施加的电场，
或者本例中 所施加的电压，
成指数关系。
由于是指数关系，
在该图中，您可以 看到，y 轴上的寿命是
一个对数标度， 它的跨度极大，
从图底部的 10 秒， 一直到图顶部的
300 年。
使用此数据的方法是 将 1 PPM 线与隔离额定值
进行比较。
您可以在该图的 左上角看到二者的比较。
您可以通过三种 方式来比较
实际数据 相对于工作电压的
裕度。
一种方式是电压裕度。
请查看对应于 40 年寿命的直线，
然后，沿该直线 水平向右，
您可以看到， 1 PPM 线相较于
1 又 1/2 kV 的 隔离额定值
具有超过 1kV RMS 的裕度。
另外一种方式 是寿命裕度。
请查看 1,500V RMS 对应的直线，
您可以看到， 1 PPM 线远远超出了 40 年。
事实上，它超出了 图表的顶部，
这意味着 它超出了 300 年。
最后一种方式 是查看失败率。
T63 是失败发生的地方。
1 PPM 是开始出现 1 PPM 失败率的地方。
您可以看到， 这些数据远低于 1 PPM。
除了工作电压外，
这些数据 还可用于评估
高于隔离额定值 本身 Viotm 的裕度。
Viotm 或 Viso 为额定 电压，器件需要能够在额定
电压下坚持 60 秒。
您可以在 60 秒、5.7kV RMS 位置看到
曲线上的 Viotm 标志。
从该点向上看， 您可以看到，
实际数据相较于 Viotm 隔离的
要求值高出了 几个数量级。
这一 TDDB 数据 要求现已
成为 VDE 0884-11 标准的一部分。
这是首个证明 达到该标准的技术。
我们选择二氧化硅 作为我们的电介质，
是因为它具有非常 出色的可靠性。
在此表中， 我们对隔离
产品中有时 会使用的一些
电介质进行了比较。
首先是空气。
空气仅具有每微米 1V RMS 的隔离能力。
因此需要 8 毫米的
爬电间隙， 来防止空气击穿。
环氧树脂要好得多， 可实现每微米 20V。
我们的封装中使用的 二氧化硅填充的模塑化合物
又比前者要好得多。
能够达到每微米 100V RMS。
在某些隔离产品 使用的聚合物中，
聚酰亚胺是 隔离性能最好的
聚合物之一。
您可以看到， 聚酰亚胺
在缓升至击穿电压 测试中具有每微米
300V RMS 的击穿强度。
而二氧化硅的 强度比前者更高，
每微米超过 500V RMS。
但是，除了在 缓升至击穿电压测试
或浪涌测试等 测试中的击穿强度，
二氧化硅还具有 超过 40 年的
连续承压能力， 因此具有杰出的
介电强度。
您可以看到， 对于二氧化硅，
即使是在 40 年的 连续承压后，
仍然可以达到每微米 超过 100V RMS。
而聚酰亚胺则要低得多。
其原因是 水分会被
吸收到聚酰亚胺中， 这会降低其在连续
运行条件下的寿命。
这就是为什么 我们选择二氧化硅
作为隔离层 材料的原因。
除了 TDDB， 我们还使用
方法 B1 和方法 A 这两种 隔离标准测试进行测试。
方法 B1 和方法 A 测试均由两部分组成。
第一个部分 是隔离测试，
即通过高电压测试 筛选出具有不合格
电容器的器件。
测试的第二部分 是局部放电测试。
在局部放电 测试中，我们
遵循相同的 5pCoulomb 测试标准，
这是所有隔离技术 都必须遵循的标准。
如果使用方法 A， 在鉴定测试中，
隔离应力为 在 VIOTM 电压下持续 60 秒。
在局部放电 测试中，则是
在 1.6 倍 VIORM 电压， 也就是高于工作电压 60% 的
情况下持续 10 秒。
外部标准 IEC 和 VDE 以及需要在样本基础上
验证 VIOTM 的 季度监测均需要
使用方法 A。
方法 B1 也用于 质量鉴定，
但它同时 还用作生产测试。
对于方法 B1， 隔离应力为
在高于 VIOTM 20% 的 情况下持续 1 秒，
局部放电测试 则是在 1.875 倍
VIORM 电压下持续 1 秒。
外部标准 IEC 和 VDE 的要求是，
所有增强型隔离 器件都必须在
生产环节进行测试。
总之，TI 的增强型 隔离产品系列
具有超出 增强型隔离要求的
高电压能力。
我们使用统计 测试方法，通过
实质性的裕度 证明了这些产品的
高电压隔离质量。
高电压隔离 技术的可靠性
则通过时间依赖型 电介质击穿测试进行了证明，
该测试是证明器件在 使用情况下的寿命的
行业标准方法。
有关详细信息， 请访问 ti.com/isolation，
寻找介绍出色高电压 信号隔离质量和可靠性的
白皮书。
谢谢。
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视频简介
高压隔离技术的工作原理 - 可靠性测试
所属课程：高压隔离技术的工作原理
发布时间：2019.01.14
视频集数：3
本节视频时长：00:09:48
想了解高压隔离技术的工作原理吗？ 观察并了解隔离的可靠性测试。 该系列视频在TI的高压实验室中拍摄，主要关注电容隔离结构，工作电压可靠性，耐压能力，可靠性测试方法等。
未学习 高压隔离技术如何工作 - 电容结构
未学习 高压隔离技术的工作原理 - 可靠性测试
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