【導讀】眾所周知
，各個行業各個領域都有其需要遵循的標準規範，一般會對其產品需要達到的使用條件提出各方麵的要求。諸如電機驅動、光伏、乘用汽車等都有各自的應用規範
，而每個零部件也有相應的規範認證。前者屬於應用安全標準

，而後者屬於產品安全標準。

為什麼要遵循安規？

眾所周知
，各個行業各個領域都有其需要遵循的標準規範，一般會對其產品需要達到的使用條件提出各方麵的要求。諸如電機驅動
、光伏
、乘用汽車等都有各自的應用規範，而每個零部件也有相應的規範認證。前者屬於應用安全標準

，而後者屬於產品安全標準。

對(dui)於(yu)電(dian)氣(qi)設(she)備(bei)和(he)電(dian)子(zi)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)應(ying)用(yong)而(er)言(yan)

，當(dang)人(ren)體(ti)觸(chu)及(ji)帶(dai)電(dian)物(wu)體(ti)會(hui)產(chan)生(sheng)電(dian)流(liu)流(liu)經(jing)身(shen)體(ti)，這(zhe)就(jiu)是(shi)觸(chu)電(dian)。至(zhi)於(yu)觸(chu)電(dian)造(zao)成(cheng)的(de)傷(shang)害(hai)有(you)多(duo)大(da)和(he)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)流(liu)大(da)小(xiao)以(yi)及(ji)承(cheng)受(shou)時(shi)間(jian)都(dou)有(you)關(guan)係(xi)，嚴(yan)重(zhong)的(de)會(hui)導(dao)致(zhi)傷(shang)殘(can)甚(shen)至(zhi)死(si)亡(wang)。即(ji)使(shi)是(shi)相(xiang)同(tong)的(de)電(dian)壓(ya)，人(ren)體(ti)的(de)等(deng)效(xiao)電(dian)阻(zu)也(ye)會(hui)受(shou)濕(shi)度(du)
、鞋襪或者環境粉塵含量等因素影響導致不同的電流。出於保護與其接觸的人員的生命安全考量，對於高於24V的電壓往往需要提供相應的絕緣保護。比如大家熟悉的國際標準IEC60664就對在海拔2000米以下，額定電壓1000 V以下的低壓係統內設備做出了各種的絕緣規則要求。

包括設備的電氣間隙、爬pa電dian距ju離li，另ling外wai它ta還hai包bao括kuo與yu絕jue緣yuan配pei合he有you關guan的de電dian氣qi測ce試shi方fang法fa。今jin天tian我wo們men就jiu聊liao聊liao驅qu動dong芯xin片pian的de絕jue緣yuan安an規gui標biao準zhun
，英ying飛fei淩ling的de隔ge離li型xing驅qu動dong芯xin片pian已yi全quan麵mian走zou入ru認ren證zheng時shi代dai
，新xin出chu的de產chan品pin大da都dou帶dai有you各ge種zhong標biao準zhun認ren證zheng，證zheng書shu可ke在zai相xiang關guan產chan品pin的de網wang頁ye鏈lian接jie上shang下xia載zai到dao
，或huo者zhe也ye可ke以yi需xu求qiu當dang地di英ying飛fei淩ling產chan品pin技ji術shu支zhi持chi的de幫bang助zhu。

功率半導體驅動芯片的安規體係

從體係上看，常常會用到有UL、VDE和IEC標準。從下圖看三者的演變曆史可以發現， UL對於驅動芯片的認證標準沒有什麼變化，而針對光耦驅動類產品的認證IEC60747-5-5和VDE0884-5也無明顯變化。隻有針對磁隔和容隔驅動產品的認證標準在20年裏有了較大升級，對產品的要求變得更嚴苛了。從原來的VDE0884-10更替成VDE0884-11，首次提出了驅動器件壽命需滿足預測要求。在2020年IEC標準大會後，推出了同樣針對磁隔和容隔驅動產品的IEC60744-17，它是以VDE0884-11為模板的
，但在局放測試那塊略有不同，本文後麵會提到。

其中UL的絕緣標準相對簡單
，一般會給出1分鍾和1秒鍾的條件下需要承受的電壓值。比如英飛淩1ED3321產品，符合UL1577（文件號 E311313）下VISO為5700V的要求規範。一般出口美國的電子產品都需要有UL的認證。

VDE認證是德國電氣工程師協會的認證，是歐洲最有經驗的也是在世界上享有很高聲譽的認證機構之一。而IEC標準就是國際電工委員會製定的標準。國際電工委員會(International Electro technical Commission
，簡稱IEC)成立於1906年，是世界上成立最早的非政府性國際電工標準化機構，IEC標準的權威性是世界公認的。這兩個體係的標準對於絕緣有著細致的等級描述

，有必要在這裏稍微解釋一下各種絕緣名詞。

基本絕緣

基本絕緣的目的在於為防電擊提供一個基本的保護
，以避免觸電的危險。

●    附加絕緣：在基本絕緣以外，再附加的絕緣，目的是當基本絕緣失效時
，提供另一層的絕緣功能。

●    雙重絕緣：雙重絕緣是由基本絕緣和附加絕緣組成的防觸電措施，其中基本絕緣和附加絕緣是相互獨立的。

加強絕緣

等效於雙重絕緣的用於防觸電的單一防護措施。單一防護係統可以是一種絕緣材料
，也可以是由幾層（幾種）緊jin密mi連lian接jie的de單dan質zhi絕jue緣yuan體ti組zu成cheng。但dan和he雙shuang重zhong絕jue緣yuan不bu同tong之zhi處chu在zai於yu，其qi不bu易yi被bei劃hua分fen為wei基ji本ben絕jue緣yuan和he附fu加jia絕jue緣yuan兩liang部bu分fen
，它ta可ke能neng是shi個ge一yi體ti成cheng形xing的de隔ge離li物wu。

juyigejiandanxingxiangdelizi。biruyufangxinguanbingdu

，daiyigeyiyongkouzhaojiushijibenjueyuan，dailianggejiushishuangzhongjueyuan
，qizhongdiergekouzhaosuanshifujiajueyuan，nameyekeyizhijiedaiN95的口罩算加強絕緣。

而且我們常說的器件符合加強絕緣要求是有一個電壓限定的，就是指在多少伏的電壓下器件滿足加強絕緣要求。用到的電壓概念有VIORM

、 VIOSM和VIOTM

，定義分別如下：

●    VIORM: Maximum rated repetitive peak isolation voltage 最大額定可重複隔離電壓。比如對於1700V的IGBT器件，如果驅動芯片符合加強絕緣的話VIORM >1700V。

●    VIOSM: Maximum surge isolation voltage 浪湧隔離電壓 （在VDE0884-11標準裏包含兩種測試工況

，一個是在空氣中

，一個是在油裏）。對於特定VIOSM的驅動芯片產品必須通過1.6倍的該值才能符合加強隔離的要求。

●    VIOTM: Maximum rated transient isolation voltage 最大瞬態隔離電壓 （往往指不可重複出現的）。這(zhe)個(ge)對(dui)於(yu)器(qi)件(jian)來(lai)說(shuo)的(de)話(hua)還(hai)包(bao)含(han)了(le)驅(qu)動(dong)芯(xin)片(pian)電(dian)氣(qi)間(jian)隙(xi)和(he)內(nei)部(bu)綁(bang)定(ding)線(xian)的(de)絕(jue)緣(yuan)考(kao)量(liang)。一(yi)般(ban)實(shi)際(ji)使(shi)用(yong)的(de)時(shi)候(hou)到(dao)底(di)需(xu)要(yao)多(duo)大(da)的(de)瞬(shun)態(tai)隔(ge)離(li)電(dian)壓(ya)，和(he)工(gong)作(zuo)的(de)母(mu)線(xian)電(dian)壓(ya)以(yi)及(ji)使(shi)用(yong)工(gong)況(kuang)下(xia)的(de)過(guo)壓(ya)等(deng)級(ji)要(yao)求(qiu)有(you)關(guan)，可(ke)以(yi)參(can)考(kao)下(xia)麵(mian)這(zhe)個(ge)表(biao)格(ge)。舉(ju)個(ge)例(li)子(zi)，係(xi)統(tong)電(dian)壓(ya)是(shi)600V的話，要滿足過壓等級Ⅲ的基本絕緣的話
，瞬態隔離電壓就是6000V；如果需要滿足過壓等級Ⅲ的加強絕緣的話，隻要選更高一檔就行，往下走往右走都可以，也就是8000V，要注意的一點是不允許插值，可以就高。比如碳化矽MOS使用在800V的母線電壓時，我們要看1000V的那橫欄

，如果需要滿足等級Ⅱ的基本絕緣那麼選VIOTM達到6000V的就可以，若要加強絕緣，則VIOTM得達到8000V；的
；而如果需要滿足等級Ⅲ的基本絕緣要達到8000V，這時加強絕緣的話，VIOTM就需要達到12000V。英飛淩的驅動芯片1ED3321的VIOTM就是8000V，所以在符合等級Ⅱ過壓的應用裏，這顆器件滿足高達1000V的加強絕緣要求！

TDDB--隨時間變化的電介質擊穿現象

那麼這個事關人身安全的隔離電壓，用久了會不會下降
？我們怎麼評估它呢？在上麵我們有說過，和之前的VDE0884-10不同
，VDE0884-11標準裏還增加了關於絕緣介質壽命的測試模型。就是TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown)測試。因為在實際使用，受絕緣材料
、芯片本體尺寸及內部結構和長期使用溫度等影響

，器件能承受的電壓應力水平會隨著時間的增長有所降額。下圖就是最大工作電壓（也就是上麵提到的VIORM）和使用時間的關係圖。縱坐標是出現失效的運行時間，其中黑色的粗斜線代表故障率為1ppm限值，可以看出要符合1ppm的話

，工作電壓越高，出現失效的時間越短。

在這個標準裏用VIORM來作為壽命的評估點，如果是加強絕緣需要1.5倍的裕量係數且滿足30年的壽命，而基本絕緣係數是1.2和24年。比如一個驅動芯片宣稱符合VDE0884-11標準的VIORM為1700V加強絕緣，就是在2550V的VREF下對應30年nian的de壽shou命ming。所suo以yi說shuo在zai實shi際ji使shi用yong中zhong，如ru果guo您nin的de係xi統tong可ke重zhong複fu峰feng值zhi電dian壓ya更geng高gao，隔ge離li型xing驅qu動dong芯xin片pian依yi然ran能neng提ti供gong一yi定ding的de絕jue緣yuan，隻zhi是shi使shi用yong壽shou命ming上shang會hui有you影ying響xiang。在zai有you些xie應ying用yong裏li
，當dang隔ge離li驅qu動dong隻zhi要yao滿man足zu功gong能neng隔ge離li要yao求qiu時shi
，可ke以yi用yong在zai更geng高gao電dian壓ya
，具ju體ti使shi用yong條tiao件jian請qing與yu器qi件jian供gong應ying廠chang家jia谘zi詢xun情qing況kuang。

以英飛淩的隔離驅動芯片1ED3321為例，符合VDE0884-11標準的各個電壓參數如下表。其實英飛淩所有符合VDE0884-11的驅動芯片產品通過的測試都是一樣的。

局部放電

另(ling)外(wai)，單(dan)純(chun)看(kan)能(neng)打(da)多(duo)少(shao)絕(jue)緣(yuan)電(dian)壓(ya)也(ye)是(shi)不(bu)夠(gou)的(de)。在(zai)高(gao)壓(ya)應(ying)用(yong)場(chang)合(he)，局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)是(shi)發(fa)生(sheng)絕(jue)緣(yuan)擊(ji)穿(chuan)的(de)重(zhong)要(yao)原(yuan)因(yin)。在(zai)高(gao)壓(ya)強(qiang)場(chang)強(qiang)下(xia)，如(ru)果(guo)絕(jue)緣(yuan)介(jie)質(zhi)不(bu)好(hao)比(bi)如(ru)有(you)些(xie)許(xu)空(kong)氣(qi)間(jian)隙(xi)
，那(na)麼(me)在(zai)這(zhe)些(xie)薄(bo)弱(ruo)點(dian)會(hui)出(chu)現(xian)局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)的(de)情(qing)況(kuang)，使(shi)得(de)絕(jue)緣(yuan)強(qiang)度(du)很(hen)快(kuai)下(xia)降(jiang)，這(zhe)不(bu)是(shi)我(wo)們(men)想(xiang)要(yao)發(fa)生(sheng)得(de)事(shi)。而(er)局(ju)放(fang)測(ce)試(shi)正(zheng)是(shi)為(wei)了(le)檢(jian)驗(yan)絕(jue)緣(yuan)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)重(zhong)要(yao)手(shou)段(duan)之(zhi)一(yi)。由(you)於(yu)局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)測(ce)量(liang)是(shi)非(fei)破(po)壞(huai)的(de)試(shi)驗(yan)，所(suo)以(yi)受(shou)到(dao)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)青(qing)睞(lai)。根(gen)據(ju)VDE0884-11標(biao)準(zhun)的(de)要(yao)求(qiu)
，凡(fan)是(shi)需(xu)要(yao)符(fu)合(he)各(ge)絕(jue)緣(yuan)要(yao)求(qiu)的(de)器(qi)件(jian)都(dou)會(hui)進(jin)行(xing)相(xiang)關(guan)的(de)絕(jue)緣(yuan)電(dian)壓(ya)和(he)局(ju)放(fang)測(ce)試(shi)用(yong)以(yi)篩(shai)選(xuan)合(he)格(ge)的(de)芯(xin)片(pian)。兩(liang)個(ge)測(ce)試(shi)被(bei)要(yao)求(qiu)合(he)在(zai)一(yi)起(qi)進(jin)行(xing)如(ru)下(xia)圖(tu)所(suo)示(shi)，其(qi)中(zhong)a是型式試驗

，b和c都是例行實驗，兩者取一，英飛淩選用的是圖b測試方法對所有器件做絕緣保證。

還是以英飛淩的隔離驅動芯片1ED3321為例，規格書裏給出了局放測試電壓值如下

無論是相比以前的標準還是相比現行光耦驅動產品標準IEC60747-5，VDE0884-11和相似的IEC60747-17都顯得更嚴苛
，特別是相對更高要求的局放測試
，有助於發現殘次品

，以確保在出廠商用後的產品絕緣可靠。

結論 

總zong而er言yan之zhi


，需xu不bu需xu要yao絕jue緣yuan，要yao基ji本ben絕jue緣yuan還hai是shi加jia強qiang絕jue緣yuan

，需xu要yao多duo少shao伏fu電dian壓ya的de絕jue緣yuan能neng力li
，都dou是shi和he各ge應ying用yong領ling域yu的de標biao準zhun要yao求qiu相xiang關guan的de。您nin也ye可ke以yi把ba需xu求qiu告gao訴su器qi件jian供gong應ying商shang，由you他ta們men幫bang助zhu選xuan擇ze合he適shi的de、符合一定標準的產品。

來源：英飛淩工業半導體，原創：鄭姿清、王丹  

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