概要

従来のフォトカプラは、LED とフォトダイオードを使用して絶縁を実現します。LED ベースのフォトカプラは、2007 年から発効している国際的なフォトカプラ規格である IEC 60747-5-5 に準拠して認証されています。現行版 (2.0) への更新は 2020 年に公開されました。

TI の新しいフォトカプラ エミュレータは、二酸化ケイ素 (SiO₂) 絶縁技術を使用して絶縁を実現しています。この結果、フォトカプラ エミュレータとデジタル アイソレータは、2020 年 9 月に国際デジタル アイソレータの規格となった別の規格 (IEC 60747-17) の認証を受けています。

新しいデジタル アイソレータ規格 (IEC 60747-17) には、フォトカプラ規格 (IEC 60747-5-5) よりも厳格化した詳細なテスト要件が多数存在します。フォトカプラ エミュレータとデジタル アイソレータは、デバイスの性能と機能について包括的に理解するための基準として評価を受けています。

IEC 60747-17 と IEC 60747-5-5 の比較の概要

図 1 に、デジタル アイソレータ規格 (IEC 60747-17) とフォトカプラ規格 (IEC 60747-5-5) の比較の概要を示します。IEC 607 47-17 の仕様の詳細については、[FAQ] 高電圧絶縁パラメータを参照してください。

最大インパルス電圧 (V_IMP)

IEC 60747-17 は、油中と空気中の絶縁性能を区別するため、デジタル アイソレータの絶縁性能を油中 (V_IOSM) と空気中 (V_IMP) の両方でテストすることを規定しています。フォトカプラ規格である IEC 60747-5-5 では、両方のパラメータを規定していません。

デバイスのテストを油中で実行する場合、パッケージ全体でアーク放電が発生する可能性はありません。アプリケーションの絶縁性能は正確には表現されず、空気中 (V_IMP) もテストされません。デジタル アイソレータの仕様では、空気中絶縁テスト用の V_IMP と、油中絶縁テスト用の V_IOSM が定義されています。一方でフォトカプラの仕様では V_IOSM のみが規定されており、デバイスのテストを空気中と油中のいずれで実行するかは規定されていません。

デバイスのテストを油中で実行する場合、パッケージ全体でアーク放電が発生する可能性はありません。アプリケーションの絶縁性能は正確には表現されず、空気中 (V_IMP) もテストされません。デジタル アイソレータの仕様では、空気中絶縁テスト用の V_IMP と、油中絶縁テスト用の V_IOSM が定義されています。フォトカプラの仕様では V_IOSM のみが規定されており、デバイスのテストを空気中と油中のいずれで実行するかは規定されていません。

IEC 60747-17 では、V_IMP を、デジタル アイソレータのシステム性能についてお客様が理解する利点と定義しています。V_IMP およびその他の IEC 60747-17 関連仕様については、データシートの『絶縁仕様』セクションを参照してください。V_IMP の詳細については、『[FAQ] 最大インパルス電圧 (VIMP) とは』を参照してください。

次のセクションでは、2 つの規格の主な違いについて説明します：

部分放電試験 (製造試験)：手法 B のテスト

デジタル アイソレータとフォトカプラ エミュレータの部分放電は、手法 b を使用してテストしています。図 2 に、IEC 60747-17 規格で定義されている手法 B1 テスト波形の例を示します。ここで、V1 はリーケージ テストが実施される電圧で、V2 は部分放電テストが実行される電圧です。

絶縁パラメータは、手法 B を使用したテストに従って、製造時にテストされます。デジタル絶縁デバイスは、以下の手順により製造時にテストされます。

• 1 秒間 1.2 × V_IOTM で、その後 1 秒間 1.875 × V_IORM で行われます。
  • フォトカプラは、1 秒間 1.875 × V_IORM でのテストのみを規定しています。
• たとえば、絶縁定格 3.75kV_RMS のアイソレータの場合、以下でテストが行われます。
  • 強化絶縁型アイソレータは、6.36kV_PK AC 50Hz および 60Hz でテストされており、その後、1.33kV_PK AC 50Hz または 60Hz でテストされています。
• フォトカプラは、1 秒間 1.2 × V_IOTM での初期ストレス電圧 (V_ini) なしで、1.875 × V_IORM でのテストのみ必要です。

デジタル アイソレータ規格には、より厳格な試験条件が設けられています。

経時絶縁破壊 (TDDB) テスト

TDDB テストでは、アイソレータの誘電体材料に関連する平均寿命が特定されます。TDDB は、高温で誘電体全体に電界を印加することで加速されます。

• TI は数百個のユニットにわたって TDDB テストを実施しています。
• フォトカプラ規格では、TDDB 寿命試験は必要ありません。

TDDB テスト方法の詳細については、『高電圧信号の絶縁品質と信頼性の実現』を参照してください。

まとめ

IEC 60747-17 によって厳格なテストが実施されていることで、TI は絶縁バリアの耐用期間、堅牢性、信頼性の点で高い信頼性を有しています。IEC 60747-17 の追加仕様では、従来のフォトカプラ規格である IEC 60747-5-5 と比較して、デバイスの性能と絶縁能力の全体像を示すこともできます。