絶縁監視市場では、さまざまな手法が共存しています。最も一般的な方法は、AC 電流注入と電気ブリッジ・スイッチの 2 つです。

AC 電流注入方式は、RC フィルタまたはトランスを経由して HV ラインと保護アース (PE) 間の RC 回路に注入される方形波信号の生成に基づいています。インピーダンスは、コンデンサの充電と放電に基づいて計算されます。AC 電流方式の主な欠点は、信頼性が高く正確な設計を実現することが困難であること、および注入回路を HV ラインから絶縁するために大型のトランスが必要であることです。AC 電流方式には、絶縁容量の影響がないという利点があります。詳細については、セクション 1.2 を参照してください。

電気ブリッジ・スイッチ方式は、IEC 61851-23 などの安全規格で提案されています。電気ブリッジ・スイッチ方式では、既知の抵抗性分岐が絶縁バリアをまたぐ形で切り替えられます。通常動作では、PE へのパスがないため、電流は抵抗ブリッジを流れません。これは、絶縁破壊なしでシステムが安全であることを示しています。

電気ブリッジの DC 絶縁監視の設計は明快で正確です。大型のトランスは不要で、通常動作時に絶縁バリアの両端で消費される電力はわずかです。

産業用の低電圧配電システムに加えて、絶縁も重要なパラメータとなる車載ハイブリッド電気自動車 (HEV) システムや EV システムで最も一般的な設計でもあります。

安全規格に記載されているように、この抵抗性分岐の動作時間は 10 秒未満に制限してください。これは、そうしないと回路の動作中にシステムの安全性が損なわれるためです。

図 1-4 は、このリファレンス・デザインを使用した絶縁ブレークダウン測定の例です。負側スイッチ (SN) と正側スイッチ (SP) は、新しい TPSI2140 シームレス・リレー絶縁型スイッチとともに実装されており、既知の抵抗デバイダ・パスを使用して絶縁バリアを一時的に遮断するために使用されます。

R_stP と R_stN は、それぞれ DC+ と PE および DC- と PE の間で切り替わる、±0.1% 高抵抗デバイダ分岐です。R_inAMC は、AMC3330 強化絶縁型アンプへのスケールダウン電圧入力として機能する電圧センシング抵抗です。

測定時に、2 つの抵抗分岐が異なるタイミングで切り換えられます。図 1-5 は、SN がオフのまま SP がオンのときの等価回路を示します。絶縁バリアを流れる電流 I_iso は、バス電圧、絶縁抵抗、および切り換えられた抵抗性分岐に比例します。

絶縁バリアが破損しておらず、DC– と PE の間の絶縁抵抗 R_isoN が MΩ の順序である通常の状況では、スイッチイン抵抗デバイダに流れる電流はごくわずかで、AMC3330 の入力信号は小さくなります。

絶縁バリアの劣化が発生した場合、I_iso が大きくなり、AMC3330 の入力信号が高くなります。SN が閉じて SP が開いている場合も、R_isoP に応じて同じ動作が当てはまります。

R_isoN と R_isoP の正確な値を計算するには、図 1-5 および図 1-6 に示す等価回路を使用します。

SN が開いている間に SP が閉じている場合、リーク電流によって抵抗性分岐に電圧が生成されます。ここでは、絶縁電圧 V_P を基準としています。 カーチョフの電圧法によれば、式 21 を求めることができます。

結果は V_P 式 2 の解を求めることです。

絶縁バリアを流れるリーク電流は式 3 で求められます。

式 2 および式 3 の代入

したがって、R_inAMC を介して AMC3330±1V の範囲までスケールダウンされる絶縁電圧の値は、式 5 で求められます。

V_P は、式 6 での V_inP の測定から計算できます。

SP が開いており SN が閉じている場合の逆方向状態についても、同様の式が見つかります。

この場合、この等価回路では DC 接続の極性が変化するため、V_DC の符号が変更されます。これにより、負の絶縁電流 I_iso も発生します。

式 7 から式 11 まで、DC ラインと PE 間の絶縁抵抗は R_stP = R_stN = R_st を想定して計算できます。

負のケースの R_inAMC で観測される絶縁電圧の極性は、正のケースに向け抵抗性分岐が切り換えられるときとは逆です。AMC3330 はバイポーラ入力電圧範囲に対応しているため、ここに適しています。