固态继电器的优势有哪些，固态继电器绝缘监测设计方案

在电动汽车、太阳能电池板和储能系统中，高压电源可实现更快的充电时间，最大限度地减少功率损耗，并提高设计可靠性。然而，高压电流具有危险甚至致命的潜力，因此设计人员使用绝缘监控系统发送警报或断开电源，以防止对应用或用户造成伤害。快速准确地检测绝缘故障对于最大限度地提高用户安全性并最大限度地减少灾难性断电造成的损坏或火灾至关重要。

绝缘监测的常见应用包括电池管理系统、储能系统、组串式逆变器、直流快速充电器、直流壁挂式充电器、太阳能电池板、电机和飞机。但是，精度和耐压测试要求可能使绝缘监测的设计具有挑战性。

应对绝缘监测的设计挑战

绝缘监控，也称为绝缘检查、隔离监控、隔离检查、接地故障检测或接地故障检测，监控高压端子和保护性接地/机箱接地之间的绝缘量。图1显示了绝缘监测的一种配置。绝缘监测电路的基本操作包括切换已知电阻（RDIV1/2、RDIV3/4）并求解方程组，以求出未知绝缘电阻（R牛膝草/1大）。

图 1：绝缘监控配置

满足严格的安全要求

安全标准要求制造商通过执行介电电压耐受测试（也称为高电位测试）来评估给定电气或电子设备绝缘的安全性。介电耐压测试在绝缘栅上施加高电压一分钟。符合制造商要求阈值的测量绝缘后测试被视为及格等级。

图 2 说明了此耐压测试，采用之前的绝缘监控配置，移除高压电池，并在端子和机箱接地上施加 4，242 V。

图2：绝缘监测高电位示例

由于开关（SW1、SW2）通常是固态继电器或带有集成金属氧化物半导体场效应晶体管的光电继电器，因此必须考虑组件以确保开关的生存能力。这些开关通常在一段时间内额定有限的雪崩电流（Iava），因此，例如，在选择组件时，您可能需要选择能够充分限制雪崩电流的串联电阻器，或者将昂贵的干簧继电器接地，以完全防止雪崩电流流动。遗憾的是，具有大串联电阻会对测量精度产生负面影响，因此选择电阻值与绝缘电阻相似的电阻器将最大限度地提高精度。

固态继电器的优势

您可以使用光继电器，但与固态继电器相比，在雪崩电流、速度、可靠性和解决方案尺寸方面存在缺点。TPSI2140-Q1 支持高达 2 mA的雪崩电流，而通用光继电器则为 0.6mA。通用光继电器的开关速度通常也受到其LED和正向偏置要求的限制。光继电器会随着时间的推移和尺寸而遭受光降解，需要额外的组件来创建驱动电路。

图 3 显示了 TPSI2140-Q1 功能框图。

图 3：TPSI2140-Q1 功能框图

根据其他系统要求，您可能希望考虑使用智能电池接线盒（如 BQ79731-Q1 电池组监视器）来测量电压、温度和电流的配置。

用于电动汽车高压充电和太阳能绝缘监测的 AFE 参考设计以及汽车高压和隔离泄漏测量参考设计均使用 TPSI2140-Q1固态继电器切换已知电阻。

设计人员有时会选择购买绝缘监测模块，以避免考虑耐压测试设计因素的挑战。两种参考设计都使用不同的拓扑来解决绝缘监控问题，具有良好的故障检测精度、支持安全标准、可扩展性等。

AFE 参考设计能够准确可靠地监控绝缘电阻，在绝缘电阻测量期间保持绝缘，并支持 IEC 61557-8 和 IEC 61851-23。

图 4 显示了 AFE 参考设计框图。

图 4：AFE 参考设计框图

图5显示了泄漏测量参考设计的框图。

图 5：泄漏测量参考设计框图

结论

转向更高电压以最大限度地减少充电时间 - 例如电动汽车从400 V到800 V的趋势以及太阳能转向更高电压系统 -增加了对可靠的安全和绝缘监测方法的需求。绝缘监控通过监控从高压端子到保护性接地/机箱接地的泄漏电流来检测绝缘电阻。由于高于10mA的电流可能是致命的，因此绝缘监测系统必须在检测到绝缘故障时发出警告。