失效模式 1：跨隔离栅的高电压

隔离器配置的示例如图 2 所示。隔离器具有两组引脚。一组在 1 侧，另一组在 2 侧。在正常运行时，1 侧的引脚都是相对于 GND1 的低电压；2 侧的引脚都是相对于 GND2 的低电压。隔离器中耗散的功率取决于施加到隔离器引脚上的电压和电流。在正常运行时，功率保持在隔离器数据表中规定的最大限值以下。GND1 和 GND2 之间可能存在非常高的电压。该电压出现在隔离器的内部隔离栅上。

图 2 隔离器的正常运行配置示例。

隔离器可承受不同幅度和持续时间的高电压瞬态曲线。相应地，隔离器的隔离性能可通过多个参数进行量化。60 秒隔离耐受电压（V_ISO 和 V_IOTM）表示可承受因切换负载或故障而在系统电源线上引起的短时过压。重复峰值或工作电压（V_IOWM 和 V_IORM）是隔离器在其整个工作寿命期间可以连续承受的电压。浪涌耐受电压 (V_IOSM) 是对特定瞬态曲线的耐受度（1.2/50μs，请参见 IEC 61000-4-5），表示在直接和间接雷击期间电源线路中的感应电压。

对于每个参数，都通过电压值设置了限值，该电压值会导致隔离栅断开，从而在隔离器的一侧与另一侧之间形成短路。这些参数在隔离器的数据表中给出，反映了隔离器在不损坏的情况下处理高电压的能力。参考 [1] 中详细讨论了这些参数。在系统级别，例如对于图 1 所示的电机驱动系统，电源进线确实会遇到上述不同的过压曲线。隔离式栅极驱动器的一端电连接到交流线路，另一端以接地端为基准，很明显，栅极驱动器中的隔离栅直接面临这些应力。

图 3 和图 4 显示了这些穿过隔离栅的高压应力，例如，使用 TI 的一个光耦合器和一个串联电容器增强型隔离器时。当应力电压上升到超过隔离器的安全限值时，隔离栅可能会降级，从而在 1 侧和 2 侧之间形成低电阻路径。对于光耦合器，隔离栅是硅酮和绝缘胶带的组合；而对于 TI 的隔离器，隔离栅是两个高压 SiO₂ 电容器的串联组合。在每种情况下，由于额定限值是通过使隔离栅失效而获得的，因此根据定义，两个隔离器都会发生“短路故障”。

图 3 光耦合器上的高电压应力。

图 4 串联电容器隔离器上的高电压应力。

根据具体应用，终端设备标准决定了系统中所用隔离器的规格。这些标准可确保隔离器比实际用例中它们在隔离栅上可能遇到的电压应力水平更强。例如，IEC 61800-5-1 规定了交流电机驱动应用中使用的隔离器的要求。选择符合终端设备标准的隔离器可更大程度地降低实际运行期间隔离栅因过压而击穿的风险。但是，如果隔离器超过标准要求，则可以进一步降低风险。

本文所述的 TI 增强型隔离器件使用 SiO₂ 作为绝缘材料，其击穿强度 (500V/μm) 远高于竞争解决方案所使用的击穿强度。例如，传统光耦合器中使用的硅酮和塑封的击穿强度为 30V/μm 至 50V/μm。TI 增强型隔离器还采用精密半导体制造工艺制造而成，能够严格控制尺寸和间距。由于这两个因素，TI 器件在给定封装下具有很高的隔离性能。它们可以有效解决暂时性的电压和浪涌问题以及长达多年的持续高压运行问题。例如，采用 16-SOIC 封装的 TI 隔离器的工作电压比同类竞争解决方案高 50%。有关 TI 隔离器隔离性能的更多详细信息，请参见相应的产品数据表和参考资料 [1]。

对于给定应用，TI 增强型隔离器件可以提供临界裕度，甚至超出终端设备标准规定的要求，从而更大限度地降低发生失效模式 1 的可能性。参考 [2] 中讨论了 IEC 61800-5-1 标准以及 TI 隔离器与此标准要求的性能对比。