在电动车、太阳能板和能源储存系统中，高电压电源可实现更快速的充电时间、减少功率损耗，并提升设计可靠性。高电压电流可能会产生危险甚至致命危害，但设计人员会使用绝缘监控系统传送警示或断开电源，防止对应用或使用者造成伤害。快速准确侦测隔离中的故障，是强化使用者安全和降低灾难性电力中断所造成损害或火灾的重要关键。

具备绝缘监控的常见应用包含电池管理系统、能源储存系统、串列式转换器、直流快速充电器、直流充电桩充电器、太阳能板、马达和平面。但准确度与耐受电压测试要求可能会使绝缘监控对设计造成挑战。

浏览绝缘监控的设计挑战

绝缘监控又称为绝缘检查、隔离监控、隔离检查、接地故障侦测或接地故障感测，可监控高电压终端与保护接地/底盘接地间的绝缘量。图一说明一种绝缘监控配置。绝缘监控电路的基本运作包含切换已知电阻（RDIV1/2、RDIV3/4）和系统方程式求解，以找出已知绝缘电阻（R_ISOP、R_ISON）。

图一 : 绝缘监控配置

满足严格安全要求

安全标准要求制造商执行介电压耐受测试（又称为高压测试），以评估给定电力或电子装置安全绝缘的有效性。介电电压耐受测试会在绝缘层上施加高电压一分钟。测量到的绝缘後测试若满足制造商的??值要求，即可判定为通过等级。

根据国际电子电机委员会（IEC）60950，基本绝缘的耐受电压测试为 2U + 1,000 V_RMS，其中 U 为系统最大操作电压。制造商在依方程式 1 设计 800-V 系统时，可能需进行 4,242-V 耐受电压测试。

2 x 1,000 V（增加电池充电容限） +1,000=3,000 V_RMS=4,242 VDC （1）

图二说明此耐受电压测试，使用先前的绝缘监控配置，移除高电压电池，并在终端和底盘接地使用 4,242 V。

图二 : 绝缘监控高电位范例

由於开关（SW1、SW2）常为配备整合式金属氧化半导体场效电晶体的固态继电器或光继电器，必须进行元件考量以确保开关存活率。这些开关通常在一段时间内额定为有限崩溃电流 （Iava） 量，例如在选择元件时，您可能需选择串联电阻器来适当限制崩溃电流，或在接地中加入昂贵的磁簧继电器，以避免崩溃电流聚集在一起。但大型串联电阻器会对量测准确性造成负面影响，因此选择电阻值与绝缘电阻相似的电阻器，将可提高准确度。

固态继电器的优点

您可使用光继电器，但与固态继电器相比，在崩溃电流、速度、可靠性和解决方案尺寸上将会有其缺点。TPSI2140-Q1 支援最高 2 mA 崩溃电流，通用光继电器则为 0.6 mA。通用光继电器通常也因其 LED 和正向偏压要求，而受到切换速度限制。光继电器会随时间和尺寸而有光衰减问题，需要额外元件来打造驱动电路。

图 3 说明 TPSI2140-Q1 功能方块图。

图三 : TPSI2140-Q1功能方块图

视其他系统要求而定，可考虑BQ79731-Q1电池组监控器等采用智慧电池接线盒的配置，以量测电压、温度和电流。

设计人员有时会选择采用绝缘监控模组，以避免耐受电压测试设计考量挑战。叁考设计使用不同拓扑结构处理绝缘监控，提供良好故障侦测准确度，并支援安全标准和可扩充性等。

AFE叁考设计可准确可靠地监控绝缘电阻，在绝缘电阻量测中维持绝缘效果，并支援 IEC 61557-8 与 IEC 61851-23。

图四说明AFE叁考设计方块图。

图四 : AFE 叁考设计方块图

图五说明泄漏测量叁考设计的方块图

图五 : 泄漏测量叁考设计方块图

结论

EV 从 400 V 转为 800 V 和太阳能转采较高电压系统等转采高电压以降低充电次数的趋势，会增加对可靠安全性和绝缘监控方法的需求。绝缘监控透过监控从高电压终端到保护接地/底盘接地的泄漏电流，来侦测绝缘电阻。由於超过 10 mA 的电流可能会致命，绝缘监控系统必须在绝缘中侦测到故障时提供警告。

TI 的固态继电器可在最高速度下提供最高操作温度和最高介电强度，同时兼顾成本效益。此外，也可在小型封装中提供可靠切换效果。