Испытание на выбросы высокого напряжения
Можно легко собрать стенд для испытаний для сравнения прочности изоляции различных изоляторов. На рисунке 1 показана испытательная установка, в которой импульс высокого напряжения прикладывается с помощью электростатического пистолета. Профиль напряжения ESD-пистолета имеет очень быстрое время нарастания около 1 нс и время медленного спада 30 мс. Этот профиль перенапряжения отличается от стандартного профиля перенапряжения IEC 60060-1 1,2 мкс/ 50 мкс, но его достаточно для целей сравнения высоковольтной прочности различных технологий изоляции.
Для этого испытания на проверку высоких выбросов напряжения были отобран по три случайных образца от двух производителей оптронов, Broadcom и Изолятор A, одного производителя магнитного изолятора (Изолятор B) и одного производителя емкостного изолятор (Изолятор C). Эти изоляторы представляют собой высокоточные сигма-дельта модуляторы с датчиком тока с внутренним тактовым генератором, встроенным в 8-контактный растянутый корпус для поверхностного монтажа (SSO8). Выдерживаемое напряжение изоляции Viso этого типа корпуса SSO8 рассчитано на 5 кВ среднеквадратического значения в минуту с учетом пути утечки и минимального зазора 8 мм.
На рисунке 2 показана принципиальная схема печатной платы, используемой для удержания тестируемого устройства ( device under test - DUT).
Оба изолированных боковых источника питания питались от батарей 9 В отдельно и регулировались до 5 В с помощью регулятора напряжения LDO на каждой стороне изоляции. Испытание проводилось путем подачи высокого напряжения от 15 кВ между Gnd1-Gnd2 сигма-дельта модуляторов. Выходные часы и сигнал данных не наблюдались на предмет каких-либо аномалий. Если выходы возобновили нормальную работу после скачка высокого напряжения, уровень напряжения увеличивался на 1 кВ, и испытание продолжалось до испытательного предела 21 кВ. Если выходной тактовый сигнал, сигнал данных или и то и другое давали сбой, тест останавливался.
I. Экран Фарадея
Выброс высокого напряжения индуцирует ток с высоким уровнем плотности от GND1 во входную схему изолятора, а затем передается на выходную схему и GND2 с использованием емкостных структур или паразитной емкости, сформированной через изолирующий барьер.
На рисунке 3 показаны различные пути паразитной емкости оптрона Broadcom, образованных между проводами входной схемы / рамкой экрана Фарадея. Экран Фарадея заземлен на GND2 и обеспечивает электрическое и магнитное экранирование для снятия тока смещения. В решениях с емкостной или магнитной связью экран Фарадея не является жизнеспособным решением. Экран Фарадея блокирует электрические или магнитные поля, используемые для передачи данных, в дополнение к переходным процессам.
II . Входная-выходная емкость, C in-out
В дополнение к экрану Фарадея, выводной контакт и корпус оптрона Broadcom оптимизированы для меньшей комбинированной входной и выходной емкости C in-out . В таблице 1 представлены сравнения C in-out различных изоляторов. Ток смещения следует соотношению i = c × (dv/dt). При меньшем C in-out меньший ток смещения индуцируется во время выброса высокого напряжения.
В Таблице 2 показаны результаты испытания высоковольтным скачком напряжения на изоляторах, изготовленных по различным технологиям. Как видно из теста, оптроны Broadcom являются наиболее устойчивыми к выбросам высокого напряжения, при этом не наблюдается отказа всех тестируемых устройств вплоть до испытательного предела 21 кВ.
Изолятор A (оптрон) постоянно фиксирует сбой на выходе, начиная с 16 кВ. Сбои выхода изолятора B (магнитный изолятор) также фиксируются начиная с 16 кВ, но восстанавливаются, когда сброс при включении питания (POR) был выполнен на Vdd1, Vdd2 или на обоих. Для изолятора C (емкостный изолятора) сбой выходов трех образцов изолятора C постоянно фиксируются на уровнях 15 кВ, 17 кВ и 21 кВ соответственно. Хотя изоляторы A, B и C начали выходить из строя примерно на том же уровне, изолятор C зафиксировал самый широкий диапазон уровней скачков высокого напряжения, при которых тестовые образцы выходили из строя.
Будучи одним из сторонников высоконадежной технологии гальванической развязки оптрон, портфолио Broadcom охватывает некоторые из широко применяемых в промышленности сигма-дельта модуляторов с внутренней синхронизацией для прецизионных шунтирующих датчиков тока и напряжения.
Таблица 3 показывает семейство продуктов Broadcom сигма-дельта модуляторов с внутренней синхронизацией, имеющих формат корпуса SSO8.
