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如图1所示结构,DC-DC应用于监测高电压的话,其输出端与母线电压的负端直接相连,那么DC-DC输出侧就要同时面对输入和输出的高电势差和IGBT系统高电压变化率dv/dt带来的共模干扰,如何隔离这两种干扰,让其不影响控制系统的正常工作成为了设计上的难题。那么,这种设计难题又将如何解决呢?
2 加强绝缘设计方案
我们知道图2中的AC-DC本身采用的是一种加强绝缘设计,因此,我们必须考虑在图2的DC-DC部分采用类似的设计来增强绝缘性能。首先变压器的绝缘线不能选择普通的漆包线,而是三层绝缘线。其次,输入和输出的电气间隙将必须设计得更长,需要参考EN60950的标准和实际的工作电压来选取。例如工作电压为480V AC,则电气间隙则需要大于等于6.4mm。另外一方面,变压器和PCB的设计工艺也大不相同。
以上的设计方案可以提升对高电势差的绝缘效果。但是对于高电压变化率抗干扰设计,我们得考虑另外一个重要的设计要求—低隔离电容。
高电压变化率引起的干扰信号会通过信号光耦和DC/DC电源原副边寄生电容耦合到控制侧,我们这里已经选定了信号光耦,所以我们只关注DC/DC的设计。DC/DC内部的干扰耦合路径可能有三个,第一变压器自身带的寄生电容,DC/DC内部的反馈回路器件光耦的寄生电容和为提升EMI效果而增加的安规Y电容。三者的叠加值越大,高频干扰信号就越容易通过隔离栅进入控制系统,引起控制系统的工作异常。因此我们设计此类电源时,其一取消安规Y电容,其二选择没有光耦的Royer拓扑,将后两者因素降至0,同时采用降低隔离电容的变压器设计方案,如图4,尽最大可能降低变压器的隔离电容。例如我们设计的电源隔离电容低于10pF。
我们的加强绝缘设计方案出来后可以解决以上的技术难题,但是不足以证明我们的设计足够可靠,我们还需要建立完善的绝缘检测系统来验证我们的设计的可靠性。
3 绝缘性能的检测验证方案
下面介绍三种金升阳公司针对绝缘性能的检测验证方案:
3.1 隔离耐压测试
第一步:将测试部件的两端的全部端子分别短接,以免悬空对元器件造成损害。如图5所示。
第二步:按照耐压的测试标准,将耐压值从0V开始慢慢往上调,将耐压值调至设定的最高耐压并在最高耐压值维持一分钟时间。如图6所示。
如果测试无击穿、无飞弧现象,且漏电流符合少于设定值(例如1mA)的要求即可。如果测试NG,则测试仪报警。
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