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发布时间：2020-12-06加入收藏来源：互联网点击：

图8.传统SELV两级变换器供电方式

三、局部放电测试的标准

IEC61800-5-1中对于局部放电测试的标准如图9所示，测试中加载的电压是50HZ或者60的交流电压, UPD的取值就是在图7中实际测得的电压。需要注意的一点是，在这里UPD既可以取有效值，也可以取峰值，举例讲，图7中测得的重复峰值电压为1100V，则在做局部放电测试时，对应的加载测试电压的峰值就是1.875*1100=2062.5V；同时，也可以观察到图7中的有效值为559.8Vrms，则对应的测试电压也可以按照1.875*559.8Vrms=1049.6Vrms加载。因为测得的重复峰值电压波形并不是标准的正弦波，所以其峰值电压与有效值电压之间并不是1.414倍的关系。

图9.IEC61800-5-1中局部放电测试电压与时间曲线

局部放电测试通过的判定标准是在第二段1.5UPD电压施加期间的视在放电电荷不超过10pC，如果超过10pC即判定为不合格。回到前述的三相变频器中，需要通过局部放电测试的器件之一就是变压器T1了。图10是MPS研发的数字局部放电仪，图11是变压器的局部放电测试场景。

图10.MPS数字局部放电仪

图11.变压器局部放电测试

四、预防局部放电的措施

从前面两个章节的陈述中，大家应该发现了，辅助源SPS变压器的设计是通过局部放电测试的关键，所以，这个章节就重点介绍预防变压器局部放电的措施。

1、从源头抓起，从绝缘材料的生产过程开始管控，防止其生产过程中混入导电沉积物、金属碎屑、浮泡和湿气等，造成后续使用这些绝缘材料的产品无法达到设计要求。

图12.麦拉绝缘胶带和骨架

2、以变压器设计中用到的麦拉绝缘胶带和骨架为例，如图12所示，可以使用较高CTI（相对起痕指数）等级的绝缘材料，可以有效的满足加强绝缘的爬电距离要求和降低发生局部放电的几率。绝缘材料的CTI等级分类如图13所示，CTI600是目前最好的绝缘材料。

图13.绝缘材料CTI等级分类

3、增加气隙长度和爬电距离，以降低电场强度。以图7中测得的UPD电压有效值559Vrms去查询对应的加强绝缘爬电距离要求，如图14所示，在污染等级为Ⅱ类，采用600CTI≥400的绝缘材料的条件下，基本绝缘的爬电距离要求为4.5mm，则满足加强绝缘要求的爬电距离至少为基本绝缘爬电距离要求的2倍，也就是要大于9mm。

图14.爬电距离查询表

对变压器设计而言，也就是SELV电路所在绕组与其余绕组之间的挡墙宽度至少要超过9mm，如图15所示变压器内部绕组结构图，骨架左右两侧的挡墙宽度至少要大于4.5mm，则上下两个相邻的绕组的挡墙宽度加起来就大于了9mm，满足加强绝缘爬电距离要求。这也意味着，如果要满足加强绝缘的爬电距离要求，则势必需要增大骨架的尺寸，也就是所用磁芯的尺寸也要变大，否则骨架很可能绕不下全部的线包。

图15.变压器内部绕组结构图

4、增加绝缘层的厚度。局部放电是因为物体内部局部范围内的电场强度超过绝缘介质的强度而发生的物理现象，电场强度反比于相互之间的距离，单位为V/m（伏特/米），所以，增加绝缘层的厚度，可以有效的降低加载在绝缘层上的电场强度，从而降低发生局部放电的几率。另外，绝缘层厚度的增加，也增加了对绝缘材料中的空洞等缺陷的容错程度，降低了对绝缘材料的要求。

以图15所示变压器设计为例，增加SELV绕组与相邻的两个绕组gate driver supply、AUX之间的麦拉绝缘胶带的厚度，对于保障变压器的设计通过局部放电测试有着非常大的影响。图16就是加不同层数的麦拉胶带的局部放电对比结果，3款变压器样品中，1#在SELV绕组的前后各自加了4层麦拉胶带，2#在SELV绕组的前后各自加了5层麦拉胶带，3#样在1#的基础上增加了一个屏蔽层绕组，其他条件3款变压器都保持一样。

可以看到，仅有2# 5层麦拉胶带的变压器样品通过了局部放电测试。

图16.麦拉胶带层数对局部放电结果的影响

细心的同学估计注意到了，图15的变压器绕组结构没有采用三明治绕法，当然，这种绕法结构确实会导致变压器的漏感变大。工程应用中，两相其害取其轻，漏感只能通过外部电路的配合来降低其影响。

另外，SELV绕组的出线，除了需要用铁氟龙套管穿管外，建议最好不要与一次侧高压绕组的出线端交叉。

5、将变压器全面灌封、含浸处理，在真空条件下，将变压器从下到上，用凡立水等绝缘材料逐步灌封。凡立水浸入变压器内部，可以弥补骨架、麦拉绝缘胶带上面的空洞、气泡等缺陷，同时，含浸处理可以有效的改善变压器的污染等级。

6、在PCB板上涂刷绝缘涂层，同理，可以改善污染等级，降低满足加强绝缘的爬电距离要求。

五、小结

局部放电测试在开关电源中还是一个比较小众的话题，本篇文章从三相变频器的SELV电路的加强绝缘说起，简要介绍了局部放电的标准和预防措施，重点介绍了辅助电源SPS的变压器设计如何满足加强绝缘和通过局部放电测试。当然，在图4的框图中，DSP与MCU之间的数字隔离芯片也是需要通过加强绝缘和局部放电测试认证的。

希望本篇文章所介绍的小知识能对各位同学的日常工作有所帮助。

本文到此结束，希望对大家有所帮助呢。

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