2 选择 ISO 器件的主要考量因素

1. 从一些示例和常见问题入手

   图 2-1 展示了 TI 关于增强绝缘、基础绝缘和功能绝缘以及不同封装的爬电距离和电气间隙数值的部分示例。

   图 2-1 部分 TI 爬电距离、电气间隙及封装示例

   工程师们常有困惑，典型问题包括：

   • 哪些因素决定器件采用功能绝缘、基础绝缘还是增强绝缘？
   • 为什么绝缘等级相同的器件会采用不同的封装来实现不同的电气间隙和爬电距离规格？
   • 如何为客户的安全保护应用选择合适的隔离器？应参考隔离电压、工作电压、认证还是相关标准？最关键的考量因素是什么？

1. 主要绝缘规格

   图 2-2 展示了 ISO 器件主要绝缘规格的示例，表 2-1 列出了相应的解释说明。

   图 2-2 ISO 器件的主要绝缘规格示例
   表 2-1 ISO 器件的主要绝缘规格解释说明

   参数	定义	解释说明	客户主要关注点
   协调/支持安全标准
   CLR	电气间隙	通过空气测量的两个导电材料（引脚）之间的最短距离	器件的 CLR 是否满足客户系统的安全要求
   CPG	爬电距离	沿绝缘表面测量的两个导电材料（引脚）之间的最短距离	器件的 CPG 是否满足客户系统的安全要求
   CTI	相比漏电起痕指数	描述绝缘体表面电荷迁移难易程度的参数，仅与材料本身有关。数值越高，表明材料表面越不易产生漏电。	CTI 等级越高（电压越高），爬电距离要求越低
   OVC	过电压类别	根据浪涌保护级别，将市电供电电气设备的运行环境划分为四个过电压类别	器件的 OVC 是否满足客户系统的安全要求
   元件安全标准
   VIORM	最大重复峰值隔离电压 (VPK)	隔离器件在其使用寿命内必须承受的最大重复电压（峰值）	隔离器件在正常工作条件下必须满足的参数
   VIOWM	最大隔离工作电压（VRMS 或 VDC）	隔离器件在其使用寿命内必须承受的最大连续工作电压（rms 或 DC）
   VIOTM	最大瞬态隔离电压 (VPK)	隔离器件在其使用寿命内必须承受的最大瞬态电压（通常是非重复的）	一般与实际所需的瞬态隔离电压、工作母线电压及相应的 OVC 要求相关
   VIOSM	最大浪涌隔离电压 (VPK)	基于 1.2µs/50µs 标准浪涌波形，隔离器件所能承受的最大峰值电压	表征器件对雷击浪涌电压的抗扰能力

2. 区分电气间隙与爬电距离

   图 2-3 展示了电气间隙与爬电距离的差异。关于电气间隙，容易理解它是通过空气测得的两个导电材料（引脚）之间的最短距离。但对于爬电距离，需注意它是沿绝缘表面测得的两个导电材料（引脚）之间的最短距离。绝缘表面可以是芯片顶面、侧面或底面。

   图 2-3 电气间隙与爬电距离的差异
3. 区分元件级与系统级绝缘要求

   回到第 2.1 节中的常见问题：增强隔离器件是否也意味着客户产品能获得增强绝缘？答案并非总是如此。工程师必须始终区分元件级和系统级的绝缘要求。

   • 哪些因素决定器件采用功能绝缘、基础绝缘还是增强绝缘？
     • 绝缘等级与芯片的绝缘材料、绝缘层及其他特性相关。不同的设计将器件划分为功能绝缘、基础绝缘或增强绝缘类型，这进一步定义了器件所能承受的最大隔离电压。
     • 器件符合基础绝缘或增强绝缘标准时存在特定的电压限值，表明器件在相应电压范围内满足对应的绝缘要求。
   • 为什么绝缘等级相同的器件会采用不同的封装来实现不同的电气间隙和爬电距离规格？
     • 如上所述，绝缘等级由芯片绝缘材料和层数决定，与实际能实现的电气间隙和爬电距离无关。
   • 如何为客户的安全保护应用选择合适的隔离器？应参考隔离电压、工作电压、认证还是相关标准？最关键的考量因素是什么？
     • 最重要的是，不要将系统级安全规范与隔离器件（元件）本身的绝缘等级定义混淆。器件具有增强绝缘等级，并不意味着终端应用系统能够直接满足增强绝缘要求。
     • 客户关注的是隔离器的关键参数（如电气间隙和爬电距离）能否满足其应用系统的安全要求。合规与否取决于工作电压、过电压类别、相对漏电起痕指数、污染等级、海拔以及其他实际因素。
     • 在高压应用中尤为常见的是，客户采用增强绝缘器件来实现系统级的基础绝缘甚至功能绝缘。

   图 2-4 展示了 ISO-CAN 设计的 1,500V 太阳能或 ESS 示例。ISO1050 和 ISO1042 都是增强型 ISO-CAN 收发器。然而，ISO1050 的最大隔离工作电压为 1,200V，无法满足 1,500V 系统的隔离要求。

   图 2-4 ISO-CAN 的 1,500V 太阳能或 ESS 示例
4. 选择合适的 ISO 器件的必答问题

表 2-2 列出了选择 ISO 器件时必须回答的问题。第 3 节将详细讨论这些问题，以确定电气间隙和爬电距离。