【導(dǎo)讀】近年來，數(shù)字隔離芯片在工業(yè)、醫(yī)療、汽車等領(lǐng)域越來越多的被工程師所信賴。數(shù)字隔離芯片因?yàn)轶w積小，集成度高，功耗低，通訊速度高等顯著的特點(diǎn)，正在逐步替代傳統(tǒng)的光耦器件。數(shù)字隔離芯片是系統(tǒng)中涉及到高壓安全的核心器件，因此出廠的時(shí)候需要經(jīng)過嚴(yán)格篩選。
UL1577安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定，產(chǎn)品出廠的時(shí)候必須要進(jìn)行產(chǎn)品規(guī)格所對應(yīng)的絕緣耐壓條件下60s或是1.2倍絕緣耐壓條件下1s的測試，通過高壓測試的產(chǎn)品才可以出廠。以隔離強(qiáng)度為3000Vrms的產(chǎn)品為例，其在出廠時(shí)需要進(jìn)行在3000Vrms、頻率為60Hz交流電壓下承受60s或是在3600Vrms、頻率為60Hz的交流電壓下承受1s的高壓測試，通過后才可以出廠。
UL1577規(guī)定的高壓測試的檢測方法是檢測絕緣層的漏電流。如果數(shù)字隔離芯片的絕緣層耐壓能夠承受測試高壓，那么檢測到的絕緣層的漏電流會(huì)比較小，這個(gè)數(shù)值通常是uA級別，這是因?yàn)槭┘拥氖堑皖l的交流高壓，只要隔離兩側(cè)存在一定的寄生電容，就會(huì)有交流漏電流存在。但是如果數(shù)字隔離芯片的絕緣層耐壓不能夠承受對應(yīng)的高壓，那么絕緣層就會(huì)因?yàn)楦邏憾a(chǎn)生不可控制的漏電流，最后導(dǎo)致隔離帶受損。
通常數(shù)字隔離芯片的絕緣層在生產(chǎn)制造的時(shí)候有較高的環(huán)境潔凈度要求，不能有氣泡或是空隙的存在，這樣才能保證良好的絕緣效果和較長的絕緣壽命。但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中，難以確保所有芯片100%的保證絕緣層沒有氣泡或者是空隙，而這些空隙或者氣泡的存在會(huì)導(dǎo)致絕緣性能下降，但是這些空隙或氣泡并不能通過檢測高壓漏電流的方法檢測出來。當(dāng)高壓加在絕緣介質(zhì)兩端，因?yàn)檫@些氣泡或空隙的存在，會(huì)產(chǎn)生局部放電（Partial Discharge），輕微的局部放電對電力設(shè)備絕緣的影響較小，絕緣強(qiáng)度的下降較慢；而強(qiáng)烈的局部放電，則會(huì)使絕緣強(qiáng)度很快下降。這是使高壓電力設(shè)備絕緣損壞的一個(gè)重要因素。局部放電會(huì)伴隨產(chǎn)生電脈沖、超聲波、電磁輻射、光、化學(xué)反應(yīng)，并引起局部發(fā)熱等現(xiàn)象，是電器元件老化的預(yù)兆。局部放電檢測的施加電壓不是絕緣耐壓值，而是加在絕緣層上的工作電壓，因?yàn)橹挥泄ぷ麟妷翰攀情L期作用在絕緣層上的，并且可能會(huì)引起不良品反復(fù)的充放電，最終導(dǎo)致絕緣層過早地失效。因此，VDE0884-10安規(guī)規(guī)定在產(chǎn)品出廠測試時(shí)，除了高壓漏電流測試外，還需要進(jìn)行局部放電檢測。局部放電檢測的測試電壓是峰值工作電壓的1.875倍，測試時(shí)間為1s，檢測結(jié)果的目標(biāo)值是漏電荷的大小。
圖1. 局部放電測試電路
蘇州納芯微電子股份有限公司的數(shù)字隔離芯片NSi81xx系列的所有產(chǎn)品嚴(yán)格按照安規(guī)要求進(jìn)行出廠測試。為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品的可靠性，NSi81xx系列數(shù)字隔離芯片出廠的FT測試在常規(guī)低壓性能測試的基礎(chǔ)上增加了高壓絕緣測試，其中包括了絕緣耐壓測試和局部放電測試兩部分，這為納芯微數(shù)字隔離芯片的高可靠性提供了堅(jiān)實(shí)的保障。
納芯微電子為了保證出廠的數(shù)字隔離芯片的可靠性，探索建立了一套有效可靠的高壓測試系統(tǒng)，特別是局部放電測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅需要專用的檢測儀器，還需要對自動(dòng)測試的handler進(jìn)行特殊改造，目前該套數(shù)字隔離芯片的高壓測試系統(tǒng)已得到了國內(nèi)外安規(guī)機(jī)構(gòu)的認(rèn)可。
圖2. 數(shù)字隔離芯片出廠FT高壓絕緣測試波形
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