Перейти к содержанию

Срок службы изоляции (TDDB)

Изоляция под постоянным напряжением стареет: чем выше напряжение, тем быстрее наступает пробой. Поэтому рабочее напряжение изолятора задают вместе со сроком службы — «1500 В ср. кв. больше 30 лет». Эти цифры получают ускоренными испытаниями на пробой со временем.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Срок службы изоляции — время, в течение которого изолирующий барьер выдерживает приложенное рабочее напряжение без пробоя. Для изоляторов его оценивают методом TDDB (time-dependent dielectric breakdown, пробой диэлектрика со временем): чем выше напряжение, тем раньше наступает пробой, и по этой зависимости находят напряжение, которое барьер выдержит заданное число лет (ISO7741, разд. 8.2.3.1).

Этим определяется строка VIOWM — наибольшее рабочее напряжение изоляции, действующее или эквивалентное постоянное, которое барьер выдерживает длительно. Кратковременные строки VIOTM и VISO описывает термин «Напряжение изоляции».

Как испытывают

По описанию TI (SLLSEP4K, разд. 8.2.3.1; SLYY063):

  1. Выводы каждой стороны соединяют вместе — изолятор становится двухвыводным прибором.
  2. Подают синусоидальное напряжение 60 Гц намного выше рабочего и ждут пробоя; испытания ведут при разных напряжениях и температурах. В белой книге TI об изоляторе ISO7842 пробоем считают падение сопротивления между сторонами ниже 4 МОм, а на каждом уровне напряжения испытывают партию не меньше 32 приборов (SLYY063).
  3. Время до отказа обрабатывают статистически (распределение Вейбулла) и для каждого напряжения находят время, при котором откажет меньше одного прибора на миллион (1 ppm).
  4. Полученную линию «напряжение — время» продлевают до рабочего напряжения. У барьера на SiO2 логарифм времени до отказа линейно убывает с напряжением.

Запас для усиленной изоляции

У ISO7741 ожидаемый минимальный срок — 20 лет при рабочем напряжении. Для сертификата усиленной изоляции VDE требует запаса: +20 % по напряжению и +50 % по сроку, то есть 30 лет при напряжении на 20 % выше заявленного. По данным TDDB собственная стойкость барьера — 1500 В ср. кв. на 36 лет; отсюда на первой странице даташита «больше 30 лет при 1500 В ср. кв.» (SLLSEP4K, с. 1, разд. 8.2.3.1). Запас VDE в эти 36 лет уже заложен: линия прогноза на рис. 8-7 построена с зоной запаса VDE, а по описанию TI продлённую кривую дополнительно делят на коэффициент 1,2 (SLLSEP4K, рис. 8-7; SLYY063). Поэтому умножать 1500 В на 1,2 ещё раз не нужно.

ISO7741VIOWM
Корпус DW-16, переменное1500 В ср. кв.
Корпус DW-16, постоянное2121 В
Корпус DBQ-16, переменное400 В ср. кв.

Источник: SLLSEP4K, табл. 5.6. TI отмечает, что рабочее напряжение компонента дополнительно ограничивают размер корпуса, степень загрязнения и группа материала — поэтому у маленького DBQ-16 оно намного ниже при том же барьере.

Почему не хватает испытания на частичные разряды

По IEC 60747-5-5 и редакции 1.0 VDE 0884-10 рабочее напряжение подтверждали испытанием на частичные разряды. TI пишет, что связь между ним и долговременной стойкостью не установлена, а редакция 2.0 VDE 0884-10 добавила требование ускоренных испытаний на ресурс (SLYY063). Строки изоляции целиком разобраны в статье «Гальваническая развязка».

Частые вопросы

Что значит «больше 30 лет при 1500 В ср. кв.» у ISO7741?

Это рабочее напряжение изоляции VIOWM с запасом, который требует VDE для сертификата усиленной изоляции: минимальный ожидаемый срок 20 лет при рабочем напряжении, а с запасом +20 % по напряжению и +50 % по сроку — 30 лет при напряжении на 20 % выше. По данным испытаний TDDB собственная стойкость барьера — 1500 В ср. кв. на 36 лет (SLLSEP4K, разд. 8.2.3.1).

Как проверяют срок службы изоляции, если ждать 30 лет нельзя?

Ускоренно: прикладывают напряжения намного выше рабочего, измеряют время до пробоя партий приборов при каждом напряжении и продлевают зависимость до рабочего напряжения. У барьеров на SiO2 логарифм времени до отказа линейно убывает с напряжением, поэтому продление по прямой допустимо (SLYY063).

Если поставить изолятор под меньшее напряжение, он прослужит дольше?

Да: TI пишет, что при рабочих напряжениях ниже 1500 В ср. кв. срок службы барьера ISO7741 намного больше 36 лет (SLLSEP4K, разд. 8.2.3.1). Но срок службы компонента — не единственное ограничение: допустимое рабочее напряжение дополнительно ограничивают размер корпуса, степень загрязнения и группа материала.

Источники

  1. Texas Instruments. ISO774x Reinforced and Basic Quad-Channel Digital Isolators (SLLSEP4K, revised August 2026) — с. 1: > 30 лет при 1500 В ср. кв. рабочего напряжения; табл. 5.6: VIOWM 1500 В ср. кв. (AC, по испытанию TDDB, рис. 8-7) и 2121 В пост. (DW-16), 400 В ср. кв. (DBQ-16); разд. 8.2.3.1: TDDB — выводы каждой стороны соединены, высокое напряжение 60 Гц при разных уровнях и температурах; для усиленной изоляции VDE требует линию прогноза с долей отказов меньше 1 ppm; ожидаемый минимум — 20 лет при рабочем напряжении, VDE добавляет запас 20 % по напряжению и 50 % по сроку — 30 лет при напряжении на 20 % выше; по данным TDDB собственная стойкость — 1500 В ср. кв. на 36 лет; размер корпуса, степень загрязнения и группа материала могут дополнительно ограничить рабочее напряжение; рис. 8-6 — установка в печи 150 °C с порогом тока > 1 мА
  2. Texas Instruments. High-voltage reinforced isolation: definitions and test methodologies (SLYY063, white paper) — VIORM и VIOWM — способность выдерживать напряжение постоянно весь срок службы; ускоренные испытания: партии не меньше 32 приборов на каждый уровень, синус 60 Гц до падения сопротивления между сторонами ниже 4 МОм, распределение Вейбулла, точка 1 ppm; у SiO2 логарифм времени до отказа линейно убывает с напряжением; кривая продлевается за 37,5 года и делится на коэффициент 1,2 (по проекту VDE 0884-10 Ed 2.0); испытание на частичные разряды с долговременной стойкостью не связано; ISO7842 — 2121 В пик. / 1500 В ср. кв. более 40 лет

Нашли ошибку?

Смотрите также