数字隔离芯片高压工作寿命测试

数字隔离芯片高压工作寿命测试

数字隔离芯片的耐压分为两种，一种是抗电强度，通常所说的耐压能力，测试方法是在绝缘层两侧加高压，测试一分钟检测漏电流是否超过一定的限值。另外一种是工作电压，指的是长期施加在绝缘层两侧的耐高压能力。数字隔离芯片的工作电压和芯片的工作寿命密切相关。对于电机驱动系统，光伏逆变系统以及车载电源系统来说，都存在几百伏甚至上千伏的高压长期加在绝缘层两侧，因此工作电压以及工作寿命在这些情况下是十分关键的指标。

IEC60747-11规定了数字隔离芯片的生产厂家必须提供加速老化的测试数据。规范要求在2倍的工作电压的条件下，工作寿命要大于35年，才能达到对应工作电压的加强绝缘。

工作寿命的测试方法是增加测试电压来加速老化测试。最后得到的是工作电压和工作寿命的曲线。对于SiO2作为隔离介质的电容式隔离芯片，工作电压和工作寿命是呈现指数变化的关系如公式1，因此把工作寿命取对数，就得到了和工作电压呈线性变化的关系。这里提到的工作寿命对基本绝缘来说指的是10ppm失效率的工作寿命，对于加强绝缘来说指的是0.01ppm失效率的工作寿命。因此在做工作寿命加速老化测试的时候，需要大量样本进行实验。

——公式1 其中，L是测试电压V下的故障时间；V是测试电压；c和k是常数。

苏州纳芯微电子股份有限公司的NSi81xx系列的数字隔离芯片进行高压工作寿命测试的样品数是每个测试电压32个，根据最后测试得到的失效的时间，通过Weibull分布拟合计算得到10ppm以及0.01ppm失效的时间。然后根据每个测试电压对应的失效时间绘制出工作寿命和工作电压的曲线，最后拟合得到规定的工作寿命下的工作电压。根据曲线得到的大于35年的工作电压还需要降低1.3倍来得到工作电压。

Weibull分布在可靠性测试中被广泛应用，它可以利用概率值很容易推断出它的分布参数，用于各种寿命试验的数据处理。对于数字隔离芯片的高压工作寿命来说，Weibull分布的横坐标是时间，纵坐标是失效率。

每一个测试电压都需要批量的芯片进行高压测试，为了实现精确定位哪一颗数字隔离芯片高压击穿失效，苏州纳芯微电子设计了实时监测电路。当出现某个芯片因为高压击穿产生大电流，电路会实时报警定位，并且软件上得到当前芯片失效的时间。这个高压测试监测系统大大的简化了人工操作，提高了系统监测的效率。

图1. 高压测试实时监测报警电路

苏州纳芯微电子的NSi81xx系列的数字隔离芯片经过长达1年多的测试，得到了其寿命曲线如下图2所示。从图中，可以看到其超过35年的工作寿命的工作电压达到1200Vpk。也就是说，在DC的工作电压达到1200VDC的环境下，NSi81xx系列的数字隔离芯片能够达到满足安规需求的超过35年的工作寿命。这个工作电压能够满足目前绝大多数的应用场合，

特别是现在光伏逆变系统以及车载电源系统，为了提高系统的能量密度，都在追求更高的直流侧电压。

图2. NSi81xx系列高压寿命曲线