ZHCAC63 February 2023 ISO7710 , ISO7710-Q1 , ISO7720 , ISO7720-Q1 , ISO7721 , ISO7721-Q1 , ISO7730 , ISO7730-Q1 , ISO7731 , ISO7740 , ISO7740-Q1 , ISO7741 , ISO7741-Q1 , ISO7741E-Q1 , ISO7742 , ISO7742-Q1 , ISO7760 , ISO7760-Q1 , ISO7761 , ISO7761-Q1 , ISO7762 , ISO7762-Q1 , ISO7763 , ISO7763-Q1
医疗终端设备通常需要针对瞬态尖峰、雷击和其他高压情况的保护机制。根据电磁干扰要求，需要对隔离式系统进行 15kV ESD 测试（空气放电），以确定其满足 IEC60601-1-2 标准并保证系统可靠性。
IEC60601-1-2 标准中引用的 IEC 61000-4-2 文档最近在第 4 版中进行了更新，包含关于接触和空气 ESD 保护的更高要求。由于 ESD 保护要求不断提高，因此必须采用可靠的方法来防止这些类型的放电。表 1-1 详细说明了 ESD 测试要求。
| 测试类型 | 第 3 版 | 第 4 版 |
|---|---|---|
| 接触放电 | ±2、4、6kV | ±2、4、8kV |
| 空气放电 | ±2、4、8kV | ±2、4、8、15kV |
采用宽体 SOIC 封装 (DW-16) 的 ISO77xx 数字隔离器系列通过 CSA 的 2 MOPP（患者保护方法）认证，符合 IEC 60601-1 3.1 版标准，额定工作电压为 250VRMS。因此，ISO77xx 数字隔离器系列是医疗应用的理想隔离器。常用的数字隔离器封装 DW-16 提供 8mm 间隙，而 15kV ESD 满足爬电距离大于 12mm 的封装要求。在该系列器件中可采用气体放电管 (GDT) 等保护器件满足 15kV ESD 要求，同时无需更大的 12mm 间隙。
气体放电管 (GDT) 是一种 2 端子的非极化保护器件，用作受控气体混合物空气间隙，无论湿度和周围大气混合物等外部因素如何，其行为都是可预测的。为高压隔离应用选择 GDT 时，请注意一些重要参数，包括直流和脉冲击穿电压。GDT 的缺点之一在于，与 ESD 瞬态相比，触发速度相对较慢。这个问题可以通过选择击穿电压低得多的 GDT 并加快击穿过程来解决。为此，在选择击穿电压时，请选择最低值大于终端设备工作电压要求的 GDT。
为了测试 15kV 接触放电 ESD，可考虑以 Bourns 的 GDT (2093-250-SM) 为例来测试 ISO7741。根据 IEC 60747-17 标准，应选择 2.5kV GDT 以便能够让 ISO7741 在高达 2kV 的额定直流工作电压下使用。间隙为 8mm 的 DW-16 SOIC 封装能够支持高达 12kV 的 ESD，仅在 ESD 介于 12kV 至 15kV 期间时才会提供所需的保护。Bourns 2093-250-SM 2.5kV GDT 具有 3.1kV 的脉冲火花放电。这意味着在 3.1kV 到 12kV 的 ESD 脉冲期间允许 GDT 有更多的时间来完全触发和保护器件。图 1-1 展示了采用 GDT 的 ISO7741。
为了使用 ISO77xx 器件和 GDT 来测试解决方案的 ESD 性能，这些器件已组装到评估模块 ISO7741EVM 上，如图 1-2 所示。为了真正测试隔离栅，隔离栅一侧的所有引脚短接在一起形成单个端子，同样，另一侧的所有引脚短接形成另一个端子。ESD 脉冲施加到这两个端子上。根据 ESD 标准的要求，在所述电压下使用 10 个正脉冲和 10 个负脉冲对电路板进行了测试。脉冲之间保持的持续时间为一秒。
在 3kV 和 2.5kV 击穿电压下捕获了 GDT 的测试结果。对于所有 3kV GDT 设置，测试了 ±15kV 的 ESD 电压。对于 2.5kV GDT 设置，测试了高达 16kV 的电压。使用 ESD 脉冲对设计进行应力测试后，ISO77xx 器件通过生产测试来验证其针对生产级器件的完整功能基准测试。表 1-2 列出了这些测试的结果，并显示所有经测试的 ISO77xx 器件均已成功通过生产级测试。
| 电路板编号 | GDT 直流导通电压 (kV) | ESD 接触放电 (±kV) | 器件测试结果 |
|---|---|---|---|
| 1 | 3 | 15 | 通过所有测试 |
| 2 | 3 | 15 | 通过所有测试 |
| 3 | 3 | 15 | 通过所有测试 |
| 4 | 3 | 15 | 通过所有测试 |
| 5 | 3 | 15 | 通过所有测试 |
| 6 | 2.5 | 15 | 通过所有测试 |
| 7 | 2.5 | 15 | 通过所有测试 |
| 8 | 2.5 | 16 | 通过所有测试 |
| 9 | 2.5 | 16 | 通过所有测试 |
| 10 | 2.5 | 16 | 通过所有测试 |
随着所需的 ESD 保护等级不断提高，测试结果表明，采用 GDT 的德州仪器 (TI) 隔离器件有助于满足医疗和其他工业终端设备标准中的隔离和 ESD 保护要求。