集成隔离产品以防范ESD

在任何高压和电噪声系统中，静电放电（ESD）抗扰度都是电磁兼容性（EMC）的一个重要方面，是选择电流隔离器件的关键考虑因素。 ESD可以穿透电隔离系统。它并不涉及印刷电路板上的保护装置。国际标准IEC 61000-4-2规定了这一系统级抗扰性能。在最终用户的典型操作应用环境中，带电人体通过金属工具将放电行为引入系统。ESD认证要求高达8000V的接触放电，因此导致的故障既可以是软功能型的又可能是物理性损坏。这与ESD人体模型的组件级不同，其中带电人体的放电事件是在工厂生产和组装的受控环境中通过皮肤向组件IC放电。人体模型ESD认证要求的电压较低，故障类型是硬泄漏或物理损坏。

ESD事件及其鲁棒性对于研究和系统设计非常重要。在医疗设备中，最新修订的医疗标准IEC 60601-1-2的第四版要求更高的ESD抗扰度。这一变化致力于满足更多医疗设备在医院外及非受控环境中使用这一趋势的要求，这一新趋势使医疗设备可能经历更严重的电磁噪声。

在整个电气隔离系统中，光耦（合器）或隔离器必须能抵抗ESD。最理想的性能标准是在测试期间和测试后不会出现性能下降；而最差的性能标准是不可恢复的故障或器件的永久性损坏，这样的结果是不可接受的。

在模拟ESD抗扰度测试的测试设置中，一节“AA”尺寸电池给用于为光耦或隔离器的输入通道产生方波脉冲信号的振荡器或晶体提供电源和浮地。然后，ESD施放枪在光耦的LED阳极或阴极引脚上施加8000V的接触放电。在光耦绝缘屏障的另一侧，使用示波器监控输出通道。 ESD施放枪放电返回电缆连接到光耦输出侧的电源参考和接地。在此设置中，ESD会穿过光耦的绝缘屏障。观察光耦的输出信号和电流消耗，以查验其功能性能的任何下降。见图1。

图1：光耦的ESD抗扰度测试

使用博通（Broadcom）光耦ACNT-H61L，对其施加8000V 的ESD接触放电，测量显示在ESD施加期间和之后，其操作功能都正常。ACNT-H61L性能没有下降。见图2。

图2：博通光耦ACNT-H61L DUT

使用德州仪器（TI）的数字隔离器，对其施加8000V 的ESD接触放电，测量显示出功能失效。该数字隔离器变热，其电源引脚消耗电流变大。见图3a和3b。

图3a：TI隔离器ISO7841 DUT（测试前）

图3b：TI隔离器ISO7841 DUT（测试后）

对另一款数字隔离器ACML-7410，对其施加8000V 的ESD接触放电，测量显示在ESD施加期间和之后，其操作功能都正常。ACML-7410性能没有下降。见图4。

图4：隔离器ACML-7410 DUT

各电流隔离产品在ESD抗扰度测试中的表现不同。光耦和一些隔离器在测试期间不会出现性能下降，并且在测试后仍能正常工作。其它器件会出现功能失效，甚至可能因器件发热严重而永久损坏。在ESD抗扰度的系统设计中选择真正抗造的隔离产品非常重要。

点击观看视频：电气隔离产品的抗静电放电性能

本文作者Miller Henley是位自由职业者、IT和商业技术作家及分析师。在过去二十年中，他曾与包括多个福布斯财富500强在内的技术公司合作、制定战略和综合内容来推动营销、运营、培训、财务和拓展活动。