KOKY033C January   2021  – February 2024 AMC1300 , AMC1302 , AMC1302-Q1 , AMC1305M25-Q1 , AMC1311 , AMC1311-Q1 , AMC131M03-Q1 , AMC1336 , AMC1336-Q1 , AMC1350 , AMC1411 , AMC3301 , AMC3301-Q1 , AMC3330 , AMC3330-Q1 , AMC3336 , AMC3336-Q1 , ISOW1044 , ISOW1412 , ISOW7741 , ISOW7840 , ISOW7841 , ISOW7841A-Q1 , ISOW7842 , ISOW7843 , ISOW7844 , UCC12040 , UCC12041-Q1 , UCC12050 , UCC12051-Q1 , UCC14240-Q1 , UCC21222-Q1 , UCC21530-Q1 , UCC21540 , UCC21710-Q1 , UCC21750-Q1 , UCC23513 , UCC25800-Q1 , UCC5870-Q1

 

  1.   1
  2.   개요
  3.   한눈에 보기
  4.   갈바닉 절연이란?
  5.   고전압 갈바닉 절연 문제
  6.   절연 방법
    1.     광학 절연
    2.     정전식 절연
    3.     자기 절연
    4.     솔루션 크기와 비용은 줄이면서 절연 요구사항은 충족하세요
    5.     EV 애플리케이션
    6.     그리드 인프라 애플리케이션
    7.     공장 자동화 애플리케이션
    8.     모터 드라이브 애플리케이션
  7.   결론
  8.   추가 리소스

고전압 갈바닉 절연 문제

절연 정격, 연면 및 간극, CMTI, EMI 등, 시스템 내에서 신뢰도 높은 절연 장벽을 구축할 때는 고려해야 할 사항이 많습니다.

기능, 기본 및 강화 절연은 표 1에 나열된 전기 시스템에 할당된 절연 정격 레벨을 참조합니다.

표 1 절연 정격.
절연체 정격 설명
기능 장비의 올바른 동작에 필요한 절연
기본 감전으로부터 기본적인 보호를 제공하는 절연
보완 기본 절연 고장 시 감전으로부터 보호하기 위해 기본 절연 외에 별도의 절연 적용
이중 기본 및 보조 절연으로 구성된 절연
강화 이중 절연과 동등한 수준의 감전 방지를 제공하는 단일 절연 시스템

기능 절연은 시스템이 감전으로부터 보호할 필요 없이 제대로 기능할 수 있도록 시스템에 할당된 최소 절연량을 의미합니다. 기능 절연의 한 예는 주어진 전압 정격에 대해 적절한 PCB(인쇄 회로 기판) 전도체 간격입니다.

기본 절연은 감전으로부터 "충분한" 보호 기능을 제공하며, 시스템 레벨 전압이 가장 높은 패리티의 안전 등급을 제공합니다.

강화 절연은 고전압 시스템에 적용되는 최고 상용 등급입니다. 강화 절연 요구 사항을 충족하는 방법 중 하나는 더 높은 전압 테스트 기준과 더 긴 정격 수명을 견딜 수 있도록 절연 장벽 횡단 거리를 넓히는 것입니다. 예를 들어, IEC(International Electrotechnical Commission) 60747-17 및 IEC 607475-5에서 의무적 부분 방전 테스트 전압(VPD)의 경우 기본 절연의 경우에 비해 강화 절연에 대해 더 높은 기준이 적용됩니다. 강화 절연이란(What is Reinforced Isolation)? 동영상을 통해 강화 절연에 대해 자세히 알아보세요.

강화 절연을 위한 고전압 시스템 인증은 다양한 위원회에서 정의한 안전 및 인증 시험 프로토콜을 준수하는 아이솔레이터를 선택하는 것으로 시작합니다. UL(Underwriters Laboratories)는 미국의 글로벌 안전 인증 연구소이지만, 각 국가마다 지방 또는 지역 시스템 표준을 준수하도록 규제하고 있습니다. 따라서, 전 세계 사용을 위한 아이솔레이터는 다양한 국제 안전 표준을 준수해야 합니다.

표 2은(는) 디지털(정전식 및 자기) 아이솔레이터와 옵토커플러에 대한 IEC 표준 요구 사항을 요약한 것입니다.

표 2 정전식 및 자기 아이솔레이터와 옵토커플러에 대한 IEC 표준.
테스트 IEC 60747-17
정전식 및 자기 아이솔레이터		 IEC 60747-5-5
옵토커플러
기본 절연 강화 절연 강화 절연만
VIORM – 최대 반복 피크 절연 전압 AC 전압(양극) AC 전압(양극) AC 전압(양극)
VIOWM – 최대 작동 절연 전압 시간 의존 유전체 고장(TDDB)을 기반으로 한 AC 전압 TDDB를 기반으로 하는 AC 전압 부분 방전 테스트를 기반으로 함
VPD – 부분 방전 테스트 전압 VTEST = 1.5 × VIOWM VTEST = 1.875 × VIOWM VTEST = 1.875 × VIOWM
VIOSM – 최대 서지 절연 전압 VTEST = 1.3 × VIMP V테스트 = 1.6 × VIMP10 kVPK(최소) 10kVPK(최소)
최소 정격 수명 20년 × 1.2 20년 × 1.5 정의 안 됨
수명 동안의 고장률 1,000ppm 1ppm 정의 안 됨
허용 가능한 절연 재료 이산화 규소(SiO2) 및 박막 폴리머 SiO2 및 박막 폴리머 정의 안 됨

아이솔레이터에는 몇 가지 중요한 매개 변수가 있습니다. 예를 들어, 연면과 간극 거리는 절연 장벽을 가로지르는 두 전도성 리드 사이의 최단 거리입니다. 그림 3에서 보듯이, 연면 거리는 IC 패키지 표면에 걸쳐 인접한 전도체 사이에서 측정한 최단 거리인 반면, 간극 거리는 공기를 통해 측정됩니다.

아이솔레이터 패키지에 걸쳐 표면을 가로지르는 연면과 공기를 가로지르는 간극.그림 3 아이솔레이터 패키지에 걸쳐 표면을 가로지르는 연면과 공기를 가로지르는 간극.

패키지 기술은 엔지니어를 위해 다양한 옵션을 제공함으로써 연면 및 간극 거리의 높은 측정값을 달성하는 데 중요한 역할을 합니다. 고품질 몰드 컴파운드, 와이드 바디 패키지 및 강화 절연 등급은 서로 보완해야 합니다. 절연 등급이 높을수록 더 넓은 패키지와 더 나은 몰드 컴파운드가 필요하기 때문입니다. 그래야 패키지가 파손과 아크를 유발하지 않습니다.

또 다른 매개 변수는 CMTI로, 고속 과도 현상이 있는 상태에서 안정적으로 작동하는 아이솔레이터의 능력을 나타내며, 마이크로초당 킬로볼트 또는 나노초당 전압으로 측정됩니다. WBG(와이드 밴드 갭) 반도체의 확산으로 인해 과도 전압(dV/dt) 에지 속도가 증가하여 CMTI 측정이 아이솔레이터의 회복력을 측정하는 데 매우 중요합니다. 고성능 아이솔레이터는 CMTI 등급이 100 V/ns에 쉽게 도달할 수 있으며, 대부분 200V/ns를 초과하여 테스트합니다. 높은 dV/dt 환경에서 동작하는 낮은 CMTI 아이솔레이터에는 펄스 지터, 왜곡, 불규칙한 동작 또는 펄스 정보 누락과 같은 신호 무결성 문제가 발생할 수 있습니다.

IC 및 시스템 수준에서 절연 장단점은 유사합니다. IC 패키지 크기가 작아지고, 통합성이 높아지며, 열 관리 및 인증 표준 준수는 종종 EMI를 줄이고 효율성을 높여야 하는 필요성과 경쟁합니다. IC 수준에서 이러한 모든 요구를 충족하도록 설계된 절연된 부품을 선택하면 시스템 수준에서 완벽하게 강화된 규정 준수로 원활하게 전환할 수 있습니다.