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隔離器 - 新型數字電容隔離器分析

2011年10月08日 17:38 本站整理 作者:秩名 用戶評論(0
相比四通道隔離器,圖示結果有所改善。通道數為原來的兩倍,因此電感隔離器的電流消耗也增加了一倍,然而相比雙通道隔離器,四通道電容隔離器的通道數僅增加了一條。出現這種結果的原因是,僅使用了一條 DC-通道,其在四條 AC-通道之間得到多路傳輸(請參見圖 4)。DC 通道仍然擁有高可靠性的同時,總電流消耗維持在最低水平,從而比雙通道版本僅有最低限度的增加。

  

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  圖 4 雙通道及四通道電容隔離器的通道結構

  四通道隔離器用于隔離包括數據和控制線路的接口(例如:SPI),其數據速率一般可達 20 到 80 Mbps。電感和電容隔離器之間的電流消耗在 30 Mbps 下時已經有 10mA 以上的差別,在如 100 Mbps 等更高數據速率下時這一差別可高達 40mA。

  因此,它其實并非重要的 DC 電流,而是數據速率的電流增加,即斜率 Δi/Δf。

  預計使用壽命

  隔離器的預計使用壽命由經時擊穿 (TDDB) 決定,其為一種二氧化硅等電介質材料的重要故障模式。由于制造帶來的雜質和不完整性缺陷,電介質會隨時間而退化。這種退化會由于電介質上施加的電場及其溫度的上升而加快。

  預計使用壽命的確定是基于 TDDB E 模型,其為一種廣受認可的電介質擊穿模型。

  實際上,周圍溫度維持在 150oC 時,TDDB 由隔離器的施加應力電壓決定(請參見圖 5)。測試之初便激活一個計時器,其在隔離器電流超出 1 mA 時停止,表明電介質擊穿。記錄每個測試電壓的故障時間,并根據理論 E 模型曲線進行繪圖。

  

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  圖 5 TDDB 測試方法

  圖 6 所示的 TDDB 曲線表明,電容隔離器的測試數據(時間為 5 年)完全匹配 E模型預測,從而得出在 400 Vrms (560 Vpk) 工作電壓下 28 年的預計使用壽命,而相同電壓下電感隔離器的預計使用壽命則小于 10 年。TDDB 曲線還表明,在 700 V 和 2.5 kV 之間電容隔離器的壽命比電感隔離器長約 10 倍。

  

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  圖 6 電容和電感隔離器的預計使用壽命

  若要達到 10 到 30 年的工業預計使用壽命,使用 SiO2 電介質的電容隔離器是實現這個目標唯一可行的解決方案。

  

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( 發表人:小蘭 )

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