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理解“隔離”的真正含義

電子設(shè)計 ? 來源:網(wǎng)友電子設(shè)計發(fā)布 ? 作者:網(wǎng)友電子設(shè)計發(fā)布 ? 2021-11-23 16:07 ? 次閱讀

TI電容電流隔離技術(shù)在很多方面與光耦合器隔離技術(shù)不同,其中最突出的當(dāng)屬隔離實施。首先,我們來確定一下我們是否理解“隔離”的真正含義。隔離從本質(zhì)上講是一種保護形勢,允許兩點間的通信,但阻止電流在各點間直接流動。

工作原理

在基于光耦合器的技術(shù)中,使用 LED信號信息傳輸給接收器,再由接收器將消息發(fā)送給電路的其余部分(可以想象成使用手電筒發(fā)送摩斯代碼)。其隔離層源自 LED 與鑄模化合物厚度的結(jié)合。因此從本質(zhì)上講,其隔離與構(gòu)成其封裝的組件相關(guān)。在 TI 的電容式技術(shù)中,信號信息以通過一系列蝕刻在硅芯片上的電路為基礎(chǔ)。中間是二氧化硅構(gòu)成的電容器,可通過利用邊緣檢測方案阻隔直接電流流動(可以想象成敲擊墻壁傳送摩斯代碼)。

要了解所有不同點,毫不夸張地說可能需要滿滿一學(xué)期的大學(xué)課程,不過我們只討論幾個主要方面:部件間變化、絕緣厚度以及質(zhì)量與可靠性。

部件間變化

變化是絕對的,但變化的粒度是相對的。TI 的隔離技術(shù)是一種二氧化硅電容器,以微米級工藝創(chuàng)建,部件間的變化會有,但極其微小。另一方面,光耦合器的隔離在封裝層面上實現(xiàn),其更像毫米級。該裝配工藝變化和誤差在該級別下自然較大。可以想象一下,每個節(jié)點的相對變化和噪聲可能相似,而且與基本規(guī)范相比較小,但將光產(chǎn)品與電容式產(chǎn)品相比,您會看到這兩種技術(shù)天壤之別的差異,因而其最根本的 DNA 也極為不同。

隔離層厚度(DTI)

裝配差異決定了光耦合器比 TI 隔離器件大,這是所用材料屬性的結(jié)果。隔離層厚度 (DTI) 是常用的衡量標(biāo)準(zhǔn),相當(dāng)于隔離層強度。在隔離實例中,與隔離強度有關(guān)的真正衡量指標(biāo)是每微米電壓擊穿,而非純厚度。我們來比較一下硅/PI/鑄模化合物(用于光耦合器)與二氧化硅(用于 TI 電容式隔離)的額定參數(shù):

典型擊穿電壓 16um 隔離 32um 隔離 40kV 所需的 DTI
硅/PI/鑄模化合物(光耦合器) 50kV 峰值/um 800kV 1,600kV 0.8um
二氧化硅 (TI) 800kV 峰值/um 12,800kV 25,600kV 0.05um

上表清楚表明,更大并不意味著隔離性能更強。

質(zhì)量與可靠性

可制造性與裝配也會導(dǎo)致故障率。在查看光耦合器和 TI 隔離器的故障時間 (FIT) 公開數(shù)據(jù)時,您會發(fā)現(xiàn)可靠性數(shù)據(jù)存在數(shù)量級的差異。故障時間實際是指:給定器件樣片集在給定時間內(nèi)以相同條件工作,會因損耗而出現(xiàn)多少次故障。

產(chǎn)品 溫度(C) FIT(故障/109小時)
電容式隔離器 55° 0.7
光耦合器 55° 258.5

TI 隔離器又一次成為絕對的獲勝產(chǎn)品,在 10 億器件數(shù)小時工作過程中沒出現(xiàn)一次完全故障,而相同的工作時間內(nèi)光耦合器的故障次數(shù)則多達(dá) 369 次。產(chǎn)品離開裝配及測試車間,到達(dá)客戶門口后,依然也需要對最終器件進行故障產(chǎn)品挑選,挑選出具有裝配問題或者未達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品。

希望您現(xiàn)在對 TI 隔離器和光耦合器之間比較明顯的差異有了更清晰的認(rèn)識。無論在架構(gòu)、所用材料還是可靠性方面,可滿足高性能要求的 TI 隔離器都是絕對的贏家。請關(guān)注與該主題有關(guān)的更多文章與博客。

責(zé)任編輯:haq

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