【技术】解析高压绝缘检测方法与固态继电器方案


本文中LITTELFUSE将为大家解析高压绝缘检测方法与固态继电器方案。
新能源汽车、充电桩、光伏储能等是直流高压的典型应用,在异常情况下,如线缆老化破损、接插件进水、结构受损等都有可能导致绝缘降低壳体带电的情况。高压系统正极与负极对地绝缘降低时,高压系统会通过壳体与地形成导电回路,造成接触点的热积累,严重时甚至会引发火灾。因此实时监测高压系统的绝缘性能对高压产品以及人身安全都有重要意义。
什么是绝缘电阻?
在一定的条件下,处于两个导体之间的绝缘材料的电阻。在电动汽车上,线束之间的良好的绝缘性能对车辆安全具有重要的影响。其中衡量电动汽车的绝缘性能的主要指标就是绝缘电阻
电动汽车相关标准要求
中国标准:
GB/T 18384.1-2015
电动汽车安全要求第1部分:车载可充电储能系统(REESS)
GB/T 18384.2-2015
电动汽车安全要求第2部分:操作安全和故障防护
GB/T 18384.3-2015
电动汽车安全要求第3部分:人员触电防护
GB/T 18384-2020
电动汽车安全要求 (替代GB/T 18384.1、GB/T 18384.2、GB/T 18384.3)
QC/T 897-2011
国外标准:
UN GTR NO.20 (Global Technical Regulation No. 20)
触电造成的人体伤害分为电伤和电击。电伤是指人体外表局部直接或间接地受到电流的伤害,形式有灼(烧)伤、电烙印、皮肤金属化等。电击是指电流通过人体内部时,人体的内部器官(如心脏等)受到的伤害,它是最危险的触电伤害。
人体作为一个“导电体”,接触到带电导体时,如果流过的电流为40-50mA,且维持时间为1s,就会对人体产生电击伤害。人体电阻模型复杂,我国制定接地设计相关标准和规程时,给出的人体阻值范围是1000-1500 Ohm。人体能承受的交流峰值不超过42.4V ,直流电压不超过60V。
触电分为直接触电和间接触电。直接触电是指人员直接接触电气设备的正常带电导体而造成的触电。直流充电桩采取的基本绝缘设计可防止这一点。间接触电是指因电气设备的内部绝缘故障造成的、正常情况下不带电的金属外壳等外露可导电部分带有危险电压,一旦人员触及故障设备的外露导电部分时造成的触电。直流充电桩是I类设备,在交流侧可有效防止间接触电。
绝缘电阻的测量方法
包括直接法、比较法、自放电法。直接法就是直接测量施加在绝缘电阻两端的直流电压U和流过绝缘电阻的电流I,根据R=U/I计算得出。根据测量仪器的类型分为欧姆表、检流计、高阻计。比较法是指与已知标准电阻比较,常用有电桥法和电流比较法。电桥法是在直流充电桩中常用的方法。自放电法是让通过绝缘电阻的泄漏电流对标准电容充电,测出充电一定时间和标准电容两端的电压和电荷。自放电法和信号注入法类似。
平衡电桥检测法
如下图所示,其中Rp为正极对地阻抗,Rn为负极对地阻抗,R1与R2阻值相同为限流大电阻,R2与R3阻值相同为电压检测小电阻。
在系统正常时,Rp与Rn为无穷大,检测电压V1与V2电压相等,通过R1与R2分压可以算出正极电压,从而推算出总的母线电压Vdc_link。
在正极绝缘故障时,Rp阻值下降,Rp与(R1+R2)构成并联电阻,此时正极分压减少,即V1小于V2,根据基尔霍夫电流定律,通过V1与V2可以算出此时的绝缘阻抗Rp的值,关系式如下。
负极绝缘阻抗出现故障时的算法一样。
从上面可以看出,平衡电桥法适用于单极失效的情况,当正负极同时出现绝缘阻抗失效时就没办法分辨出此时的绝缘阻抗值,有可能会出现绝缘检测未能及时发现的现象。
不平衡电桥检测法
不平衡电桥法是由内部两串阻值相同的接地电阻,通过电子开关S1与S2不同开合,改变检测时所对应的接入电阻,从而计算出正负极对地阻抗。
当开关S1与S2同时闭合时,与平衡电桥法一样,可以算出母线电压Vdclink。
当开关S1闭合,S2断开时,(R1+R2)与Rp并联,然后与Rn串联构成回路,根据基尔霍夫电流定律。
当开关S1断开,S2闭合时,(R3+R4)与Rn并联,再与Rp构成串联回路,根据基尔霍夫电流定律。
因此通过上述3种开关的开合顺序,可以算出接地绝缘阻抗Rp与Rn的值。此方法需要母线电压稳定之后测得的数据才准确,同时对于开关的切换母线电压对地会有变化,需要一定时间间隔,因此检测速度稍慢一些,不平衡桥法是高压检测中比较常用的方法,这里再介绍一种绝缘检测方法。
基于漏电流原理的检测
该检测方法共用一个电压采样点,对于母线电压Vdclink要单独设置采样点,可以利用系统现有的采样信号。
通过系统读取Vdclink参数。
闭合开关S1与S3,断开开关S2,此时Rp与(R1+R3+R4)并联,之后与Rn串联构成回路,根据基尔霍夫电流定律。
闭合开关S2与S3,断开开关S1,此时RN与(R2+R3+R4)并联,之后与RP串联构成回路,根据基尔霍夫电流定律。
因此通过上述3个开关的开合顺序调整,可以计算出接地绝缘阻抗Rp与Rn的值。
固态继电器SSR作为半导体器件,具有尺寸小、不受磁场干扰、低驱动信号、无触点颤动、无机械老化、高可靠性等优点,广泛应用于安防市场,如被动红外检测、门锁、告警面板、门窗感应器等。以及智能电表监测,包含有功功率、无功功率、任务切换、报警输出、执行驱动、限制功耗等。同时也适用于高压绝缘检测、高压绝缘采样以及电压平衡等作为电子切换开关。
如下为Littelfuse固态继电器部分产品系列,其中工作电压有400-800V,原边采用光耦驱动信号为2-5mA,副边采用反串联MOSFET,交直流负载都可使用,绝缘耐压3750-5000V实现良好的一二次测隔离。
- |
- +1 赞 0
- 收藏
- 评论 0
本文由ll转载自力特奥维斯Littelfuse公众号,原文标题为:[技术浅谈TechTalk] 高压绝缘检测方法与固态继电器方案,本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。
相关推荐
新能源汽车碳化硅800V平台架构优势及实现方式解析
受限于硅基IGBT的工作频率和偏大的元件尺寸,目前大部分新能源车产品采用的是400V平台。随着碳化硅半导体技术的发展,越来越多车企打造出基于碳化硅的800V甚至更高的高压平台。SMC桑德斯微电子根据客户的需求设计和生产半导体及相关产品。2015年,SMC布局碳化硅产品的设计、研发与制造,并推出了一系列节能可靠、高性价比的大功率碳化硅产品器件,可广泛运用于包括新能源汽车、光伏、储能、电源等各个领域。
SiC类半导体器件的起源
在当今科技飞速发展的半导体领域,SiC(碳化硅)类半导体器件正逐渐崭露头角,成为众多前沿应用的核心力量。作为专注于 SiC MOSFET 和碳化硅二极管研发生产的萃锦半导体,深知这背后蕴含的深厚历史底蕴与技术突破历程。今天,就让我们一同开启 SiC 类半导体器件的起源探索之旅。
新能源汽车中的二极管种类及应用
新能源汽车(EVs)正快速成为全球交通工具的主流之一。在新能源汽车的动力系统、电池管理系统、充电系统等多个核心环节中,MDD的二极管作为一种基本的半导体器件,发挥着至关重要的作用。不同类型的二极管具有不同的特性,可以根据需求在新能源汽车的各个部分中找到适合的应用。本文介绍新能源汽车中列举几种MDD二极管种类及其应用。
瞻芯电子提出新能源汽车恒流预充固态继电器方案,体积大幅降低70%以上,性能优异,成本更低
瞻芯电子提出了一种新颖的高压预充方案,采用恒流控制的buck电路,可将后级母线电容快速充到电池电压。该方案采用碳化硅(SiC)MOSFET和碳化硅(SiC)SBD组成恒流充电回路,整个预充过程电流恒定,既降低了对于功率器件的要求,同时也大大提高了预充速度,而且不需要电阻,即可让后级电容充到母线电压。
【IC】爱仕特新款高可靠汽车级碳化硅功率模块DCS12,封装一次铸造成型,为高速发展的新能源汽车注入动力
深圳爱仕特科技有限公司推出新款汽车级碳化硅功率模块DCS12,旨在缩小半导体器件使用尺寸的同时,提高逆变器功率密度、可靠性、耐用性以及寿命周期,给高速发展的新能源汽车注入动力。
【方案】20kW~60kW充电桩优选器件方案
本方案针对20kW~60kW 充电桩的高性能需求,在PFC 整流电路和DC-DC 变换电路均采用了Vincotech高性能ANPFC 模块以及H 桥逆变模块,实现了管脚与风道之间的相互独立。同时,采用Laird 高性能导热材料和Standex 带散热底座的平面变压器和电感,提高充电桩功率等级的同时增强了整机的防护性和可靠性。
ISABELLENHUETTE,LITTELFUSE,LAIRD,SILICON LABS,ADVANCECHIP,RENESAS,VINCOTECH,II-VI MARLOW,WOLFSPEED,LONGSUNG,KYOCERA,PI,ROGERS,MELEXIS,SGMICRO - DSP,FUSE,驱动光耦,SIC二极管,半导体制冷片TEC,H桥模块,SPFC模块,PCB导热材料,采样电阻,高压MOSFET,导热垫片,保险丝,4G模组,TVS,ANPFC模块,数字信号处理器,隔离芯片,相变材料,LDO,IGBT单管,电流检测,驱动IC,快恢复二极管,2SK2225-80-E,TFLEX HD300,CMS-R010-1.0,U9507C,TPCM 780,10-FZ074PA0XXSM-LXXXF08,SPFJ160,PS9402,BVE-A-R002-1.0,MLX91208,10-FZ07ANAXXSM-LE2XL08,PS9031,LSIC2SD120E30CC,SI8235BD-D-IS,SI8233BD-D-IS,10-FZ071SA050SM02-L524L18,KSU60D60N,92ML,10-FZ07ANA75SM-LE28L08,10-FZ07ANA150SM-LE20L08,0505030.MX52LEP,RC12-6-01LS,10-FY074PA100SM-L583F08,10-FZ071SA100SM02-L526L18,SMBJ18CA,ADP32F12A,PS9531L3,10-FZ071SA075SM02-L525L18,RBN75H65T1GPQ-A0,C4D30120D,KSF60F60B,SID1152K,SI8621BD-B-IS,10-FZ07ANA100SM-LE29L08,10-FZ074PA050SM-L624F08,10-FZ074PA075SM-L625F08,SGM2019,20KW充电桩,充电桩,60KW充电桩,充电栓,20KW~60KW充电桩
萃锦半导体针对充电桩行业的碳化硅解决方案,有效减少充电模块磁性器件体积
萃锦开发的 SiC MOSFET 通过优化元胞结构,增强耐雪崩能力。导通损耗小,开关效率优,适合高频工作模态,有效减少充电模块磁性器件体积。萃锦SiC Diode反向恢复特性优,正向导通压降值低,损耗小。萃锦器件在应用上充分满足充电桩高效率、高功率密度以及高可靠性的要求。
新能源汽车的最强大脑“IGBT”都用在了哪儿?
IGBT是绝缘栅双极晶体管的简称,是一种三端半导体开关器件,可用于多种电子设备中的高效快速开关。IGBT主要用于放大器,用于通过脉冲宽度调制 (PWM) 切换/处理复杂的波形。在新能源汽车上应用于电池管理系统、电机控制系统、电动空调控制系统、充电系统等。在传统汽车领域也有广泛应用。
蓉矽1200V 40/75mΩ碳化硅MOSFET用于直流充电桩,减少50%器件用量,助力800V高压快充充电桩行业发展
基于蓉矽半导体第二代1200V 40/75mΩ SiC MOSFET的两电平方案结构简单、控制方便,可简化系统拓扑,减少50%的器件用量,助力800V高压快充充电桩行业的发展。蓉矽半导体1200V 40mΩ SiC MOSFET电压等级为1200V,最大可持续电流达75A。
中瑞宏芯SiC MOSFET为40kw充电桩电源模块提供更高的耐压等级和热导率,增强了充电桩的稳定性
碳化硅模块提供了更高的耐压等级和热导率,增强了充电桩的稳定性,使直流充电桩能以更高频率运行,提升了近30%的输出功率,并降低了约50%的损耗。中瑞宏芯成功研发并量产了多款适用于充电桩电源模块领域的产品。型号包括但不限于:HX1D40120H1、HX2M040120K、HX2M030120K等,旨在为客户提供更加高效、稳定的充电解决方案。
高压快充推动碳化硅SiC器件产业化:新能源汽车市场趋势与技术革新
随着全球新能源汽车市场的蓬勃发展,高压快充技术作为新能源汽车补能的主要解决方案,正逐步成为市场主流。凭借多年来在磁性元器件领域中积累的研发技术、生产经验,铭普已形成PFC电感、共模电感、电源变压器、PLC变压器和塑封逆变电感等系列产品矩阵且积极与碳化硅芯片公司合作。
北京车展展示新能源汽车行业SiC技术革命,阿基米德半导体赋能技术新纪元
随着全球汽车行业向电动化转型的加速,碳化硅(SiC)技术正成为新能源汽车领域的关键驱动力。碳化硅技术以其高效率、高耐压、高频率的特性,正在重新定义新能源汽车的性能标准。SiC器件的高温稳定性和快速开关能力,使得电动汽车的续航能力得到显著提升,同时大幅缩短了充电时间。在中国,SiC技术的渗透率正以前所未有的速度增长,预示着新能源汽车技术的新时代。
电子商城
现货市场
服务

可定制丙烯酸酯胶粘剂的粘度范围:250~36000 mPa·s,硬度范围:50Shore 00~85Shore D,其他参数如外观颜色,固化能量等也可按需定制。
最小起订量: 1 提交需求>

可定制UV胶的粘度范围:150~25000cps,粘接材料:金属,塑料PCB,玻璃,陶瓷等;固化方式:UV固化;双固化,产品通过ISO9001:2008及ISO14000等认证。
最小起订量: 1支 提交需求>
登录 | 立即注册
提交评论