解析隔离器的两种失效模式，荣湃数字隔离器在两种模式下均表现优异

时间： 2021-06-07 来源：荣湃半导体

代理服务

技术支持

批量订货

解析目的：在高电压大电流应力情况，分析隔离器的失效模式，有助于决定系统是否需要额外的保护以防止隔离器失效后带来的触电危险；同时有助于优化系统电路设计，规避隔离器失效条件，提高系统的稳定性和可靠性。

隔离器失效模式分类：隔离器为低电压系统提供一道抵御高电压干扰的屏障，同时实现高压系统与低压系统数据传输。如图1所示交流电机驱动系统，隔离的驱动器和隔离的电流电压检测器一方面实现数据传输，并把低电压部分控制模块参考地与高电压部分IGBT与电机系统参考地隔离开来。于此同时，避免了低压侧控制系统来自于高压系统的干扰，避免触电危险。

图1 交流电机系统框图

隔离器的失效模式分为两种：第1种失效模式为加在隔离器两侧之间的电压超过了极限值，破坏了两侧的隔离介质；第2种失效模式为隔离器任意一侧加有高电压大电流，破坏了隔离器内部子电路和其中一侧隔离介质。

两种失效模式解析：隔离器第1种失效模式示意图如图2所示。正常情况下，GND1与GND2两端能承受规格书规定的最大隔离电压，用来衡量隔离器对于电网负载切换和故障带来的短时间过电压承受能力以及电源线受到直接或间接闪电触击带来的瞬态电压的能力。当加载隔离器两侧的高电压应力超过隔离电压极限值时，隔离器的两侧的隔离介质会被击穿。

在第一种失效模式下，无论隔离介质是由有机硅和模塑化合物组成的传统光耦，还是隔离介质有二氧化硅或者聚酰亚胺组成的数字隔离器，失效结果均表现为短路。荣湃数字隔离器由于特有的电容隔离技术的使用，留有很高的耐压裕量，第1种失效模式极少发生。

图2 隔离器第1种失效模式示意图

隔离器第2种失效模式示意图如图3所示。高电压大电流加在隔离器一侧，通常容易在输出侧发生。当隔离器输出侧管脚由于系统故障等原因，接触到了高电压的直流总线，同时会有高电压大电流存在，必然会造成电气击穿，但是仅仅是隔离器输出侧隔离介质被破坏，输入侧隔离介质仍然完好。如果传统光耦二次侧承受高电压大电流的情况，二次侧会出现严重发热和电气过应力的情况，并延伸到隔离材料，削弱隔离性能。削弱隔离性能的大小与二次侧电流大小和持续时间有关。

图3 隔离器第2种失效模式示意图

荣湃实验室对第2种失效模式做了相关实验，试验隔离器为荣湃π141M31， AC额定耐压值3KV，DC额定耐压值5KV。

表1 隔离器第2种失效模式三种失效情况试验结果

试验结果如表1所示，序号1和2中，升高VDD对GND之间的电压至隔离器失效，不会破坏隔离器的隔离性能，绝缘电阻、AC耐压和DC耐压性能均无明显影响。序号3中，升高某一通道VOA对GND2电压，当电压达到一定程度时，输出侧子电路和该侧的隔离介质被破坏，AC耐压值和DC耐压值都有所降低，但仍保持了相当高的耐压等级和绝缘性能。因此，荣湃隔离器的第2中失效模式表现为开路。

小结：分析隔离器的失效模式，有助于决定系统是否需要额外的保护以防止隔离器失效后带来的触电危险；同时有助于优化系统电路设计，规避隔离器失效条件，提高系统的稳定性和可靠性。

隔离器主要有两种失效模式，第1种失效模式为隔离器两侧耐压失效，不同厂家隔离器和传统光耦均表现为短路。荣湃数字隔离器由于特有的电容隔离技术的使用，留有很高的耐压裕量，第1种失效模式极少发生。这种故障模式也可以通过使用比终端设备要求更高的耐压隔离器来避免。

第2种失效模式为高电压大电流加在隔离器一侧，仅仅是隔离器一侧隔离介质被破坏，另一侧隔离介质仍然完好。荣湃数字隔离器在第2种失效模式下保持了很高的绝缘性能，失效模式表现为开路。

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 3
| 转发至：

本文由犀牛先生转载自荣湃半导体，原文标题为:隔离器失效模式解析，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

全部评论（3）

豆芽 Lv8. 研究员 2023-02-26

学习
terrydl Lv9. 科学家 2022-10-01

学习
呼延靖国 Lv4. 资深工程师 2021-06-17

AC耐压3KV不大够啊

没有更多评论了

荣湃半导体专注数字隔离器，采用独创iDivider技术，助客户缩短产品研发周期

荣湃半导体有限公司是一家致力于打造全球技术领先的高性能模拟集成电路的国产供应商，目前已经上市的产品有数字隔离器π1xxx ＆ π2xxx系列产品，该系列产品的综合性能远优于目前市场上同级别产品数倍，填补了中国数字隔离器芯片领域的产品空白。

2021-09-17 - 原厂动态代理服务技术支持批量订货

数字隔离器π121U41与光耦PC816对比测试

荣湃半导体π121U41 在不同频率下的值几乎无变化，一致性好；光耦合器PC816在不同频率下的值变化明显，在频率为90KHz 时，输出波形已严重失真。相比之下数字隔离器π121U41 的各项性能参数都明显优于光耦合器PC816。

2021-05-27 - 原厂动态代理服务技术支持批量订货

荣湃半导体凭借数字隔离器Pai系列产品斩获“2022中国IC设计成就奖”

近日，以“20年，砥砺前行”为主题的中国IC领袖峰会在南京召开。荣湃半导体在众多参选品牌的激烈角逐中脱颖而出，凭借数字隔离器Pai系列产品斩获2022中国IC设计成就奖之年度最佳放大器/数据转换器/隔离器大奖。

2022-08-27 - 原厂动态代理服务技术支持批量订货

荣湃半导体（2Pai Semi）数字隔离器/驱动器/隔离放大器选型指南

描述- 荣湃半导体创立于2017年，专注于高性能模拟集成电路产品的研发与设计，聚焦数字隔离器、驱动器、隔离放大器等产品系列，并广泛应用于工业控制、新能源汽车、数字电源、智能电器等领域，致力于建立物理世界与数字世界的安全联结。凭借自主知识产权的电容智能分压（iDivider）技术，实现国产数字隔离芯片的突破，匠心智造不一样的隔离好产品，用“芯”创造新价值。

型号- Π120S60R,PAI8253E-WR,PAI8232C-WR,Π131E31S,PAI120E60-W5R,PAI122E60-W5R,PAI8253C-S1R,Π141M31,Π131E30S,Π141M30,Π140M61,Π131U31S,Π140M60,Π163M60,Π163M61,Π140A30S,Π141E31,Π141E30,Π140E60,Π163E60,Π163E61,Π120S61R,PAI8300-W5R,Π131A61,Π163U60,Π131A60,Π131M60R,Π163U61,Π221N61,PAI8233E-WR,Π121A31,Π121A30,Π120A61,PAI8211C-SR,PAI8233E-S1R,Π120A60,Π120A31,PAI85137-SR,Π161A60,Π140U31,Π140U30,PAI8211C-W5R,Π142U30S,PAI85236-SR,PAI8252C-WR,PAI85237-PT,Π121U61R,Π161A61,PAI8232D-S1R,Π120A30,Π142A60,Π142A61,Π162A30,Π162A31,PAI8253D-WR,Π122M60,Π122M61,PAI8252B-S1R,Π142E31S,Π122U60,Π131U30S,PAI8232B-WR,Π122U61,PAI8233B-S1R,Π140M31,Π140M30,Π142U31S,Π142E30S,Π121U60R,Π140E31,Π122E60,Π140E30,Π122E61,Π121E60R,Π130U31S,Π121E61,Π121M60,Π122E30,Π122E31,Π140E31S,Π131S61R,Π121M61,Π121U60,Π130A60,Π122M30,Π122M31,Π131A30,Π130A61,Π121S61R,Π131A31,PAI8252D-S1R,Π160E31,Π160M30,Π131A30S,Π130E31S,Π121E60,Π160E30,PAI120E61-W5R,Π142A31,Π141A61,PAI8558EQ-W2R,Π141A60,Π162A60,Π160U31,Π162A61,Π140E30S,PAI8232D-WR,PAI8232C-S1R,Π160M31,Π160U30,PAI8171A-SR,Π121S60R,Π131A31S,Π121U61,PAI8252B-WR,Π122U30,Π122U31,Π163A30,Π163A31,Π142A30,Π141U30S,Π122E11,PAI8253C-WR,Π122E10,Π122M11,Π120M60R,Π131M61R,Π122M10,Π121U31,PAI8233C-S1R,Π121U30,Π220N61,Π120U61,Π120U60,Π221N31,Π110E31,Π110E30,Π141E30S,PAI8233D-WR,Π110M31,Π110M30,Π141U31S,Π130U30S,PAI85136-SR,Π120M61R,Π131S60R,Π130A31,Π142A30S,Π130A30,Π161M30,PAI85236-PT,Π161M31,Π141E31S,Π160M61,Π160M60,PAI8253D-S1R,Π130E30S,Π161E31,Π161E30,Π160E61,PAI85137-PT,Π160E60,Π130A30S,Π131M31S,Π131U61,Π140A61,Π131U60,Π140A60,Π163A60,Π163A61,Π161U30,Π161U31,PAI121E60-W5R,Π160U61,Π160U60,Π110E11,PAI8252A-WR,Π110E10,Π120E61R,PAI8233B-WR,Π142A31S,Π110M11,Π110M10,PAI8252C-S1R,PAI85136-PT,Π141A31,Π141A30,Π121E31,PAI8253A-S1R,Π121E30,Π130A31S,Π120E61,PAI8253B-WR,Π120E60,Π121M31,Π131U60R,Π121M30,Π120M61,H140E61,Π120M60,Π131E61,Π142U60,Π131E60,Π142U61,Π131M61,Π131M60,Π120E30,Π142E60,Π142E61,Π142M30S,Π120E31,Π120M30,Π142M60,Π142M61,Π120M31,Π140U30S,PAI8233D-S1R,Π161M61,Π162M30,Π162M31,Π161M60,Π161E60,Π121M61R,Π162E30,Π162E31,Π161E61,Π130U60,PAI8211A-W5R,Π131U30,Π130U61,Π131U31,Π141A30S,Π161U61,Π162U30,Π162U31,Π140U31S,PAI8253E-S1R,Π142M31S,Π131M30S,Π161U60,Π120U30,Π220N31,Π120U31,Π122A61,Π122A60,Π121M60R,PAI8211A-SR,PAI8233C-WR,Π140A30,PAI8232A-S1R,PAI8253A-WR,Π141A31S,Π120E11,Π120E10,Π140M31S,Π141U61,Π120M11,Π141U60,Π120M10,PAI8485-W1R,Π130E60,Π131E30,Π130E61,Π142U30,Π142U31,PAI8450-W1R,Π131E31,Π121A60,Π130M60,Π160A30,PAI8233F-WR,Π131M30,Π130M61,PAI122E61-W5R,Π121E61R,Π122A31,Π131M31,Π122A30,Π130M31S,PAI8253B-S1R,Π121A61,Π160A31,PAI121E61-W5R,Π142E30,Π142E31,PAI8253F-WR,PAI8233F-S1R,Π140M30S,Π142M30,Π142M31,PAI85237-SR,Π163M30,Π163M31,PAI8233A-WR,Π141M61,Π141M60,Π162M60,Π162M61,Π163E30,Π163E31,Π141E61,Π141E60,Π162E61,Π130U31,PAI8232A-WR,Π130U30,Π120U60R,Π163U31,Π163U30,Π110A30,Π110A31,Π131U61R,Π162U60,Π162U61,Π131E60R,Π141M30S,PAI8253F-S1R,Π120U61R,Π141U31,Π141U30,Π140U61,Π140U60,Π120E60R,Π131E61R,PAI8131A-SR,Π130E31,PAI8252D-WR,Π130E30,Π161A31,Π140A31S,Π161A30,Π160A61,PAI8233A-S1R,Π160A60,Π130M31,PAI8486-W1R,Π130M30,Π141M31S,PAI8252A-S1R,Π130M30S

2022/9/26 - 荣湃半导体 - 选型指南代理服务技术支持批量订货

荣湃半导体（2Pai Semi），全球独创智能分压隔离技术（i Divider技术），致力于打造全球技术领先的高性能模拟集成电路产品，专注于开发隔离器（标准数字隔离器，隔离收发器、隔离驱动器和隔离电压源）和物联网通信以及电流感应器系列产品。

隔离器

代理服务线上商城技术资料

如何理解数字隔离器的电平转换功能？

荣湃数字隔离器双侧供电完全独立，不论两侧供电电压的相互关系如何，只要在允许的供电范围内，数字隔离器都能工作。所以，数字隔离器可以通过调整输入端供电电压和输出端供电电压，实现信号隔离传输中的电平转换，免去单独的电平转换芯片。

2024-10-30 - 技术问答代理服务技术支持批量订货

【应用】荣湃双通道数字隔离器π121U31助力咖啡机应用，隔离电压3000Vrms，传输速率高达150Kbps

随着国外饮品咖啡越来越受到年轻人的青睐，许多城市的咖啡店和品牌也越来越多，为了满足这强烈的市场需求，智能咖啡机的需求也日益增长。智能咖啡机的主控MCU和研磨电机单元之间的驱动信号和状态信号需要隔离，本文推荐一款荣湃的双通道数字隔离器π121U31，它的整体性能优于光耦和基于其他原理的数字隔离器产品，隔离电压等级最高可达3000Vrms，非常适合咖啡机的应用。

2023-06-30 - 应用方案代理服务技术支持批量订货

【选型】国产六通道高速率数字隔离器π160E/M60可兼容SI8660BD-B-ISR，速率达200Mbps

在电力电气设备产品上，需要用到数字隔离器来保护电路低压侧关键器件安全以及隔离通信线路中的干扰噪声。本文将为大家介绍两款可兼容SI8660BD-B-ISR的国产荣湃半导体π160E60、π160M60六通道高速率数字隔离器。

2022-06-18 - 器件选型代理服务技术支持批量订货

如何选择数字隔离器额定传输速率？

荣湃数字隔离器有5档额定传输速率可供选择，分别为A(600Mbps)；E(200Mbps)；M（10Mbps）；S(2Mbps)；U(150Kbps)。对于通讯接口隔离（如RS232,RS485,SPI等）可根据通讯速率进行选择；对于低功率开关管隔离驱动的应用，由于上下桥之间、系统与系统之间要求每个通道之间的延时差异非常小，建议选择M类产品。

2024-10-30 - 技术问答

【应用】数字隔离器π122U31用于智能家电隔离通讯，隔离耐压等级3kVRMS，可提高信号稳定性

智能家电已具有自动监测自身故障、自动测量等功能，每一项功能的实现基本都是基于传感器的检测、通信、MCU的处理来实现的，传感器及触摸屏和MCU之间大多是通过RS485来通信的，本文主要介绍荣湃半导体数字隔离器π122U31在智能家电中的应用。

2022-06-22 - 应用方案代理服务技术支持批量订货

荣湃数字隔离器传播延时是多少，有应用优势吗？

荣湃E、M系列数字隔离器的典型传播延时为14ns，这一参数显著低于高速光耦约50ns的传播延时，同时可以提供。更低的传播延时有助于通信协议的提速，数字隔离器能够支持更高速的通信协议。

2024-10-30 - 技术问答

荣湃半导体数字隔离器选型表

提供标准数字隔离器及I2C数字隔离器。标准数字隔离器，π1xxx系列：总通道数1，2，3，4，6通道；反向通道数1，2，3通道；传输速度150kbps，10Mbps，200Mbps，600Mbps，共4档，比市场上同级别产品快4倍；静态工作电流0.4mA/通道，比市场上同级别产品降低3倍；传输延迟5.5ns，比市面同级别产品降低2.0倍；隔离电压1.5KV，3KV，5KV，共3档。I2C数字隔离器，π2xxx系列：传输速率2MHz；隔离耐压3KV，5KV，共2档；传输延迟45ns。

产品型号	品类	总通道数	反向通道数	最大工作速率	默认输出状态	工作电压范围	CMTI (kV/us)	绝缘耐压	浪涌耐压	封装
π110A30	标准数字隔离器	1	0	600Mbps	Logic Low	3V~5.5V	75kV/us	3000Vrms	5000Vpk	NB SOIC-8