這里先解釋一下安全二次側(cè)電壓SELV的含義，SELV是safety extra low voltage的縮寫(xiě)，指的是不超過(guò)50Vrms的交流電壓和不超過(guò)120V的直流電壓，是為了防止觸電事故而由特定開(kāi)關(guān)電源供電所采用的電壓。
SELV通常用于給人機(jī)接口，液晶屏，按鍵等人體可以直接觸摸到的設(shè)備供電，可以避免操作人員遭受電擊，威脅到生命安全，所以，SELV電路與一次側(cè)高壓端之間必須是加強(qiáng)絕緣，同時(shí)還需要注意，如果一次測(cè)高壓端與SELV電路之間的重復(fù)峰值電壓超過(guò)了750V，并且，在絕緣層厚度方向上的電壓應(yīng)力超過(guò)了1KV/mm，則還必須增加局部放電測(cè)試認(rèn)證。
如圖4所示三相變頻器中，左下角綠色虛線圍起來(lái)的部分就是SELV電路，輔助開(kāi)關(guān)電源SPS左側(cè)的供給MCU的+24V，+5V兩路開(kāi)關(guān)電源與SPS的其余的電壓輸入輸出電氣連接點(diǎn)之間，都必須滿(mǎn)足加強(qiáng)絕緣要求。
圖4.三相變頻器結(jié)構(gòu)框圖
以三相480V變頻器為例，交流輸入線電壓為480Vrms，則其母線電壓平均值為480*1.35=648Vdc，也就是進(jìn)入輔助開(kāi)關(guān)電源SPS的工作電壓就是648V，這個(gè)電壓值已經(jīng)非常接近750V這個(gè)閾值，同時(shí)，需要注意的是，750V閾值電壓是在整機(jī)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)際測(cè)試得到的一次側(cè)高壓端與SELV電路之間的重復(fù)峰值電壓，用高壓差分探頭分別勾取兩邊的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，若此電壓超過(guò)750V，同時(shí)，在絕緣層厚度方向上的電壓應(yīng)力超過(guò)了1KV/mm，則局部放電測(cè)試認(rèn)證必做。
假設(shè)輔助開(kāi)關(guān)電源SPS采用了經(jīng)典的單管反激變換器，如圖5所示，SPS從變頻器的BUS電容上取電，這里為了簡(jiǎn)化電路，變壓器T1的輸出只設(shè)計(jì)了兩路輸出電壓，分別給IGBT的驅(qū)動(dòng)器和MCU側(cè)供電，從前面的定義可以看出，給MCU供電的+24V_CONTROL就是SELV電路，需要與其他電路之間做加強(qiáng)絕緣處理，也就是變壓器T1的pin12-pin14所在的繞組與其余繞組之間必須滿(mǎn)足加強(qiáng)絕緣要求，同時(shí)，在PCB板上，+24V_CONTROL所在電路與其他電路之間的爬電距離也必須滿(mǎn)足加強(qiáng)絕緣要求。
圖5.單管反激變換器簡(jiǎn)圖
回到本文的重點(diǎn)，接下來(lái)測(cè)試一次側(cè)高壓端與SELV電路之間的重復(fù)峰值電壓是否超過(guò)750V閾值電壓。有經(jīng)驗(yàn)的同學(xué)都知道，在開(kāi)關(guān)電源中，重點(diǎn)是要找到變換器中的“動(dòng)點(diǎn)”，也就是電壓的變化率dv/dt最大的節(jié)點(diǎn)，在圖5中，一次側(cè)高壓端的監(jiān)測(cè)點(diǎn)就可以選為Q1的Drain極，也就是變壓器T1的pin 3，安全二次側(cè)SELV的監(jiān)測(cè)點(diǎn)既可以選擇變壓器T1的pin 12，也可以選擇變壓器T1的pin 14，最后以正常帶載工況下一次側(cè)、二次側(cè)之間檢測(cè)到最大電壓為作為設(shè)定局部放電電壓UPD的基準(zhǔn)。
圖6.重復(fù)峰值電壓監(jiān)測(cè)示意圖
圖7是一張實(shí)測(cè)的一次側(cè)高壓端與SELV電路之間的重復(fù)峰值電壓波形圖（CH1黃色），可以看到，此電壓已經(jīng)超過(guò)了750V的閾值，同時(shí)，變壓器結(jié)構(gòu)中繞組與繞組之間的麥拉絕緣膠帶通常為2層，每層的厚度都小于0.1mm，所以，需要增加局部放電測(cè)試認(rèn)證是板上釘釘了。
圖7.重復(fù)峰值電壓實(shí)測(cè)波形圖
說(shuō)到這里，估計(jì)有的同學(xué)就會(huì)問(wèn)了，為什么以前沒(méi)有做過(guò)局部放電這項(xiàng)測(cè)試呢？原因主要有兩點(diǎn)：
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1 |
以前確實(shí)沒(méi)有對(duì)應(yīng)的安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求強(qiáng)制通過(guò)局部放電測(cè)試，變頻器中增加這項(xiàng)測(cè)試也是約四年前的事； |
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2 |
開(kāi)關(guān)電源整機(jī)降成本帶來(lái)的附贈(zèng)產(chǎn)物，如圖8所示，以前傳統(tǒng)的給SELV電路供電是采用兩級(jí)變換器的方式，先通過(guò)一級(jí)DC-DC變換器將BUS母線降低為48V或者更低，再通過(guò)一級(jí)隔離DC-DC變換器給SELV電路供電，因?yàn)榈诙?jí)隔離DC-DC變換器之間的壓差不可能超過(guò)750V閾值，所以，局部放電測(cè)試就無(wú)需再做，只需要滿(mǎn)足對(duì)應(yīng)的加強(qiáng)絕緣要求即可。 |
但是，現(xiàn)在的開(kāi)關(guān)電源整機(jī)由于降成本的壓力，與圖5所示一樣，將傳統(tǒng)的兩級(jí)變換器改為一級(jí)DC-DC變換器，同時(shí)給SELV電路和其他的比如驅(qū)動(dòng)電路等供電，趕上新的安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行，那局部放電測(cè)試就和其他安規(guī)項(xiàng)目一樣，成為必修課了。
圖8.傳統(tǒng)SELV兩級(jí)變換器供電方式
