許多應用需要隔離危險電壓，以滿足國際安全標準。為了確保設備和操作人員的安全，這些標準通常要求隔離元件（如數字隔離器或光耦合器）能夠承受超過10 kV（峰值）的高壓浪涌。因此，測試隔離器浪涌能力的能力是開發安全可靠組件的重要組成部分。

國際電工委員會 （IEC） 和電氣技術協會 （VDE） 是兩個發布標準的組織，負責管理醫療、工業、消費和汽車系統等隔離技術的系統和組件級應用。為了確保存在高壓浪涌時人員和設備的安全，這些標準根據給定應用所需的隔離等級或級別規定了不同的浪涌額定值。

有三種常見的隔離類別：功能隔離、基本隔離和強化隔離。功能隔離幾乎沒有安全要求，因為它通常僅在需要分離接地基準以使電路正常工作的情況下使用。安全性以及浪涌性能不是功能隔離的主要考慮因素。

然而，安全性是基本隔離和強化隔離的關鍵考慮因素，因此浪涌水平對于定義隔離質量至關重要。基本隔離為終端設備的用戶提供防沖擊保護，而增強隔離是單個隔離系統，可提供相當于兩個冗余單個或基本隔離系統的保護。

醫療和工業應用通常需要加強絕緣，以保護患者或最終用戶免受潛在的致命沖擊。VDE的數字隔離器加強隔離標準VDE 0884-10除了工作電壓（VIORM）和耐壓（VISO）要求外，還規定了10 kV的最小浪涌電壓（VIOSM）額定值。

數字隔離器的浪涌電壓額定值定義了重復的一系列短時間高壓脈沖后的生存能力。圖1顯示了符合IEC 61000-4-5標準的浪涌波形的時序特性。

圖1.浪涌電壓波形。

通過將器件放在測試板上并短路隔離柵兩側的所有引腳來進行測試（見圖2）。高壓脈沖發生器通過1000 Ω/1000 pF網絡連接到隔離柵的一側。發電機回路連接到屏障的另一側。在柵上放置一個100 kΩ、2.5 W電阻，以便在施加每個脈沖后對電路放電。帶有 1000：1 高壓探頭的示波器用于監測脈沖。將噴槍設置為測試計劃中要求的最低電壓，示波器設置為單觸發。在該電壓電平下施加十個脈沖，每個脈沖都用示波器監測。隔離柵的突破表現為脈沖幅度急劇下降（在遠低于50 μs的時間內衰減到50%）。如果零件承受十個脈沖，則增加噴槍電壓，并施加十個脈沖。這種情況一直持續到勢壘失效或達到最大測試電壓為止。

圖2.浪涌測試設置。

通過此測試的能力主要取決于絕緣厚度（也稱為絕緣距離或DTI）和絕緣材料的質量。施加的電場往往集中在絕緣體內的缺陷點，因此較低的缺陷密度通常會導致較高的擊穿額定值。較厚的材料更耐擊穿，因為場強與絕緣兩側導體之間的距離成反比。

光耦合器通常通過10 kV浪涌測試，因為絕緣非常厚（通常為400 μm），這降低了絕緣質量對擊穿特性的影響。簡而言之，絕緣層非常厚，不需要高質量的材料即可通過10 kV測試。基于變壓器的隔離器使用沉積在潔凈室環境中的高質量20 μm至32 μm聚酰亞胺層。由于這種材料的缺陷水平比光耦合器中使用的注塑環氧樹脂低得多，因此更薄的層仍然可以滿足10 kV的要求。電容式隔離器還使用高質量的絕緣層，在這種情況下，二氧化硅（SiO2）在晶圓制造過程中沉積。二氧化硅具有很高的介電強度，但通常不能沉積在非常厚的層中，而不會在薄膜內產生機械應力。較厚的SiO2也會降低電容，從而降低柵層上的耦合效率。因此，電容隔離器通常無法通過10 kV浪涌測試，因此目前無法通過VDE認證為增強絕緣。

在需要加強隔離的應用中，需要防止 10 kV 浪涌，其中人員和設備受到保護。浪涌測試是確定此類應用中隔離組件安全水平的關鍵步驟。

審核編輯：郭婷