使用经认证隔离器件确保安全的系统运行

IEC 61800 – 工业电机驱动器和其他设备标准
　　IEC 60950 – 信息科技和通信设备标准
　　IEC 60601 – 医疗设备标准
　　IEC 61010 – 测试和测量设备标准

替代隔离器的老化机制随绝缘材料而不同，磁光隔离器使用旋涂聚酰亚胺作为隔离层，制造商使用热力学模型来预测器件寿命，电容式隔离器采用SiO2作为隔离材料，因此使用依时性介电层击穿(TDDB, Time Dependant Dielectric Breakdown)测试模型来预测寿命。

表1总结了用来决定各种不同隔离技术在连续工作电压下的老化模型和寿命预测方法，非常明显地替代隔离器使用了不同于测试方法的预测模型。

表1：隔离技术、老化机制和安全验证结构。　　

我们可以使用简单的实验来验证部份放电能力和连续工作电压间的关联性，选择使用不同技术的样本，包括采用SOIC封装的光电耦合器、磁光隔离器和电容式隔离器，电气间隙和爬电距离为8mm。由于固态绝缘能力可以达到200Vrms/1mm，因此选择1.6kVrms的测试电压来加速测试时间。

在进行寿命压力测试前，所有隔离器都会进行部份放电，采用1.6kVrms的1.875倍3kVrms进行以符合IEC/EN60747-5-5、VDE0884-10和EN60747-5-2等标准要求，测试结果显示，所有器件都通过低于5pC的放电，这代表了符合标准要求1.6kVrms的良好绝缘。

寿命压力测试安排可参考图3，各有5个光电耦合器、磁光隔离器和电容性隔离器一起放置于125°C的热风循环烘箱中。测试电压为1.6Vrms的60Hz交流连续电压，并持续测量泄漏电流。当电流计检测到超过100μA的泄漏电流时会发出警示音，当发生击穿时测试暂停并对所有受测器件(DUT, Devices Under Test)进行泄漏电流测量以找出错误来源。　　

 
图3：高电压寿命测试安排。

[图说]
　　Oven at 125°C = 测试温度125°C
　　DUT = 受测器件(DUT)
　　Timer = 定时器

最终测试结果显示，磁光隔离器和电容式隔离器分别在12小时和21小时时击穿，光电耦合器测试则继续进行直到经过4000过小时测试停止时还未发生失效情形，光电耦合器在测试中和测试后皆无未通过泄漏电流测试的情况发生。

表2总结了部份放电、寿命测试结果和各制造商所提供的预测寿命。

表2：部份放电和寿命测试结果。　　

 

结果显示，光电耦合器不管是在部份放电测试和真实寿命压力性能上都展现了良好的稳定性和一致性。

另人讶异的是，磁光隔离器和电容式隔离器在非常短的时间内就已经击穿，远比部份放电的预测和制造商本身的预测短上许多，为了保证测试的准确性，我们进行了数次类似的寿命测试，获得的结果相当一致。

为了提供安全的连续工作电压规格，测试结果再次验证部份放电为光电耦合器的相关测试方法，然而部份放电测试却完全不适合替代隔离器，特别是它的规格标示可能过高并造成引发危险的连续高工作电压。

替代隔离器制造商应该为部份放电测试加上额外的高电压寿命模型技术，这些建模技术基于加速条件下产生的型态测试数据，然而这个寿命预测方法还是存在部份风险，原因是：

1. 不应为安全相关应用假设失效率。

2. 加速情况和真实现场使用情况间有大幅度差异，可能造成建模方法大量误差。

3. 对于生产变异并无持续监测，并且没有100%生产测试来过滤产出坏料，如针脚洞、灰尘和空心等问题。

总结

国际安全标准IEC 60747-5-5和基于IEC 60747-5-5稍早版本的欧洲标准DIN/EN 60747-5-2明白指出这个测试方法仅适合光电耦合器件和光电耦合器，并非磁光隔离器和电容式隔离器。标准将隔离结构、绝缘材料、老化机制和坏料过滤测试都纳入考虑。经过数十年现场实际应用的数百万个光电耦合器所验证，高电压寿命实验室测试结果非常符合光电耦合器的部份放电测试预测。

基于单石芯片制造工序的替代隔离器，如磁光隔离器和电容式隔离器通常采用薄层绝缘，相较于光电耦合器，这类隔离器在相同工作电压下会面临高了许多的电场压力，因此，替代隔离器会受到相对较低连续工作电压下其他各种老化机制的影响，基于部份放电原则的标准并不适合用来提供替代隔离器可靠的连续工作电压规格。

部份制造商提供的附属高电压老化建模数据并无法取代独立的安全标准，仅能提供强化应用