在電動(dòng)汽車、太陽(yáng)能電池板和儲(chǔ)能系統(tǒng)中，高壓電源可實(shí)現(xiàn)更快的充電時(shí)間，最大限度地減少功率損耗，并提高設(shè)計(jì)可靠性。然而，高壓電流具有危險(xiǎn)甚至致命的潛力，因此設(shè)計(jì)人員使用絕緣監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送警報(bào)或斷開(kāi)電源，以防止對(duì)應(yīng)用或用戶造成傷害。快速準(zhǔn)確地檢測(cè)絕緣故障對(duì)于最大限度地提高用戶安全性并最大限度地減少災(zāi)難性斷電造成的損壞或火災(zāi)至關(guān)重要。

絕緣監(jiān)測(cè)的常見(jiàn)應(yīng)用包括電池管理系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、組串式逆變器、直流快速充電器、直流壁掛式充電器、太陽(yáng)能電池板、電機(jī)和飛機(jī)。但是，精度和耐壓測(cè)試要求可能使絕緣監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性。

應(yīng)對(duì)絕緣監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

絕緣監(jiān)控，也稱為絕緣檢查、隔離監(jiān)控、隔離檢查、接地故障檢測(cè)或接地故障檢測(cè)，監(jiān)控高壓端子和保護(hù)性接地/機(jī)箱接地之間的絕緣量。圖1顯示了絕緣監(jiān)測(cè)的一種配置。絕緣監(jiān)測(cè)電路的基本操作包括切換已知電阻（RDIV1/2、RDIV3/4）并求解方程組，以求出未知絕緣電阻（R牛膝草/1大）。

圖 1：絕緣監(jiān)控配置

滿足嚴(yán)格的安全要求

安全標(biāo)準(zhǔn)要求制造商通過(guò)執(zhí)行介電電壓耐受測(cè)試（也稱為高電位測(cè)試）來(lái)評(píng)估給定電氣或電子設(shè)備絕緣的安全性。介電耐壓測(cè)試在絕緣柵上施加高電壓一分鐘。符合制造商要求閾值的測(cè)量絕緣后測(cè)試被視為及格等級(jí)。

圖 2 說(shuō)明了此耐壓測(cè)試，采用之前的絕緣監(jiān)控配置，移除高壓電池，并在端子和機(jī)箱接地上施加 4，242 V。

圖2：絕緣監(jiān)測(cè)高電位示例

由于開(kāi)關(guān)（SW1、SW2）通常是固態(tài)繼電器或帶有集成金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的光電繼電器，因此必須考慮組件以確保開(kāi)關(guān)的生存能力。這些開(kāi)關(guān)通常在一段時(shí)間內(nèi)額定有限的雪崩電流（Iava），因此，例如，在選擇組件時(shí)，您可能需要選擇能夠充分限制雪崩電流的串聯(lián)電阻器，或者將昂貴的干簧繼電器接地，以完全防止雪崩電流流動(dòng)。遺憾的是，具有大串聯(lián)電阻會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生負(fù)面影響，因此選擇電阻值與絕緣電阻相似的電阻器將最大限度地提高精度。

固態(tài)繼電器的優(yōu)勢(shì)

您可以使用光繼電器，但與固態(tài)繼電器相比，在雪崩電流、速度、可靠性和解決方案尺寸方面存在缺點(diǎn)。TPSI2140-Q1 支持高達(dá) 2 mA的雪崩電流，而通用光繼電器則為 0.6mA。通用光繼電器的開(kāi)關(guān)速度通常也受到其LED和正向偏置要求的限制。光繼電器會(huì)隨著時(shí)間的推移和尺寸而遭受光降解，需要額外的組件來(lái)創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)電路。

圖 3 顯示了 TPSI2140-Q1 功能框圖。

圖 3：TPSI2140-Q1 功能框圖

根據(jù)其他系統(tǒng)要求，您可能希望考慮使用智能電池接線盒（如 BQ79731-Q1 電池組監(jiān)視器）來(lái)測(cè)量電壓、溫度和電流的配置。

用于電動(dòng)汽車高壓充電和太陽(yáng)能絕緣監(jiān)測(cè)的 AFE 參考設(shè)計(jì)以及汽車高壓和隔離泄漏測(cè)量參考設(shè)計(jì)均使用 TPSI2140-Q1固態(tài)繼電器切換已知電阻。

設(shè)計(jì)人員有時(shí)會(huì)選擇購(gòu)買絕緣監(jiān)測(cè)模塊，以避免考慮耐壓測(cè)試設(shè)計(jì)因素的挑戰(zhàn)。兩種參考設(shè)計(jì)都使用不同的拓?fù)鋪?lái)解決絕緣監(jiān)控問(wèn)題，具有良好的故障檢測(cè)精度、支持安全標(biāo)準(zhǔn)、可擴(kuò)展性等。

AFE 參考設(shè)計(jì)能夠準(zhǔn)確可靠地監(jiān)控絕緣電阻，在絕緣電阻測(cè)量期間保持絕緣，并支持 IEC 61557-8 和 IEC 61851-23。

圖 4 顯示了 AFE 參考設(shè)計(jì)框圖。

圖 4：AFE 參考設(shè)計(jì)框圖

圖5顯示了泄漏測(cè)量參考設(shè)計(jì)的框圖。

圖 5：泄漏測(cè)量參考設(shè)計(jì)框圖

結(jié)論

轉(zhuǎn)向更高電壓以最大限度地減少充電時(shí)間 - 例如電動(dòng)汽車從400 V到800 V的趨勢(shì)以及太陽(yáng)能轉(zhuǎn)向更高電壓系統(tǒng) -增加了對(duì)可靠的安全和絕緣監(jiān)測(cè)方法的需求。絕緣監(jiān)控通過(guò)監(jiān)控從高壓端子到保護(hù)性接地/機(jī)箱接地的泄漏電流來(lái)檢測(cè)絕緣電阻。由于高于10mA的電流可能是致命的，因此絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須在檢測(cè)到絕緣故障時(shí)發(fā)出警告。