CN107037328B - 双电流隔离阻障部以及监控系统及方法 - Google Patents

双电流隔离阻障部以及监控系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107037328B
CN107037328B CN201610920433.8A CN201610920433A CN107037328B CN 107037328 B CN107037328 B CN 107037328B CN 201610920433 A CN201610920433 A CN 201610920433A CN 107037328 B CN107037328 B CN 107037328B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrical
galvanic isolator
galvanic
monitoring module
electrical insulator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610920433.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107037328A (zh
Inventor
R·阿利尼
L·巴恩斯
B·波萨特
G·斯沃博达
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maxim Integrated Products Inc
Original Assignee
Maxim Integrated Products Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maxim Integrated Products Inc filed Critical Maxim Integrated Products Inc
Publication of CN107037328A publication Critical patent/CN107037328A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107037328B publication Critical patent/CN107037328B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1218—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing using optical methods; using charged particle, e.g. electron, beams or X-rays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
    • G01R31/1263—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

一种系统包括第一电流隔离器、第二电流隔离器、传感器、以及监控模块。第一电流隔离器包括第一电绝缘体。第二电流隔离器与第一电流隔离器串联连接并且包括第二电绝缘体。传感器基于第一和第二电绝缘体中的一个电绝缘体的电气特性来生成第一输出信号。监控模块基于第一输出信号来选择性地生成指示第一和第二电绝缘体中的至少一个电绝缘体失效的信号。

Description

双电流隔离阻障部以及监控系统及方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2015年10月23日递交的美国临时申请No.62/245,591的优先权的权益。上述引用的申请的全部公开内容通过引用的方式被并入本文。
技术领域
本公开涉及绝缘阻障部并且更具体地涉及串联电流隔离阻障部以及阻障部监控系统及方法。
背景技术
本文所提供的背景描述是出于大体上呈现出本公开的上下文的目的。在该背景技术部分所描述的意义上，当前指名的发明者的工作以及在递交时可能不被认定为现有技术的描述的方面既不明确也不隐含地被承认为本公开的现有技术。
电流隔离器可以指这样的设备，其使用绝缘材料来将不同功率域中的电路电气分开，使得电流不从一个功率域中的一个电路流到另一功率域中的另一电路。电流隔离器可以将电功率或者电信号从一个功率域传送到跨绝缘阻障部的另一功率域。仅例如，变压器在初级绕组和次级绕组之间提供(电感式)电流隔离。变压器可以用于在不同功率域的电路之间传送功率或信号。电流信号隔离的其他示例类型包括电容电流隔离、光学电流隔离等。即使使用电流隔离器，极小的交流(AC)电流仍然能够由于寄生电容而在功率域之间流动。
大的电压可以存在于功率域之间。该电压直接出现在电流隔离设备的薄电绝缘材料上。然而，该绝缘材料可能例如由于老化和/或大的电压瞬变而退化。绝缘材料的失效允许不想要的电流在功率域之间流动。
发明内容
在一特征中，描述了系统。系统包括第一电流隔离器、第二电流隔离器、传感器、以及监控模块。第一电流隔离器包括第一电绝缘体。第二电流隔离器与第一电流隔离器串联连接，并且包括第二电绝缘体。传感器基于第一和第二电绝缘体中的一个电绝缘体的电气特性来生成第一输出信号。监控模块基于第一输出信号来选择性地生成指示第一和第二电绝缘体中的至少一个电绝缘体失效的信号。
在其他特征中，至少一个额外的电流隔离器与第一和第二电流隔离器串联连接。
在其他特征中，监控模块执行以下中的至少一项：禁用至少一个电路；以及在存储器中存储指示符。
在其他特征中，传感器包括场效应晶体管(FET)。
在其他特征中，传感器包括电容器。
在其他特征中：第一电流隔离器是第一电容式隔离阻障部；第一电绝缘体被实现在第一和第二电容器极板之间；第二电流隔离器是第二电容式隔离阻障部；并且第二电绝缘体被实现在第二和第三电容器极板之间。
在其他特征中：第一电流隔离器是第一电感式隔离阻障部；第一电绝缘体被实现在第一组变压器绕组之间；第二电流隔离器是第二电感式隔离阻障部；并且第二电绝缘体被实现在第二组变压器绕组之间。
在其他特征中，第三电流隔离器包括第三电绝缘体，并且第四电流隔离器与第三电流隔离器串联连接并且包括第四电绝缘体。第二传感器基于第三和第四电绝缘体中的一个电绝缘体的第二电气特性生成第二输出信号。监控模块基于第二输出信号而选择性地生成指示第三和第四电绝缘体中的至少一个电绝缘体失效的信号。
在其他特征中，监控模块基于第一输出信号和第二输出信号而选择性地生成指示第一、第二、第三以及第四电绝缘体中的至少一个电绝缘体失效的信号。
在其他特征中，监控模块基于第一输出信号与第二输出信号之间的差而选择性地生成指示第一、第二、第三以及第四电绝缘体中的至少一个电绝缘体失效的信号。
在其他特征中，当上述差在固定的预定值范围之外时，监控模块生成指示第一、第二、第三以及第四电绝缘体中的至少一个电绝缘体失效的信号。
在其他特征中，当上述差在基于一个或多个测量的参数而设定的值的范围之外时，监控模块生成指示第一、第二、第三以及第四电绝缘体中的至少一个电绝缘体失效的信号。
在其他特征中，第一和第二电绝缘体中的一个电绝缘体被配置为在第一和第二电绝缘体中的另一个电绝缘体之前失效。
在其他特征中，第一和第二电流隔离器的特性是相同的。
在其他特征中，第一电绝缘体的至少一个特性是与第二电绝缘体的特性不同的。
在其他特征中，第一电绝缘体的第一电容与第二电绝缘体的第二电容是不同的。
在其他特征中，当第一输出信号是以下项中的一个时，监控模块生成指示第一和第二电绝缘体中的至少一个电绝缘体失效的信号：(i)小于第一参考；以及(ii)大于第二参考，其中，第二参考比第一参考大。
在其他特征中，第二双隔离阻障部包括：包括第三电绝缘体的第三电流隔离器；以及与第三电流隔离器串联连接并且包括第四电绝缘体的第四电流隔离器。第二传感器基于第三和第四电绝缘体中的一个电绝缘体的第二电气特性来生成第二输出信号。第三双隔离阻障部包括：包括第五电绝缘体的第五电流隔离器；以及与第五电流隔离器串联连接并且包括第六电绝缘体的第六电流隔离器。第三传感器基于第五和第六电绝缘体中的一个电绝缘体的第三电气特性来生成第三输出信号。基于第一输出信号、第二输出信号、以及第三输出信号，选择性地生成指示第一、第二、第三、第四、第五、以及第六电绝缘体中的至少一个电绝缘体失效的信号。
在其他特征中，传感器测量以下项中的一个：(i)通过第一和第二电绝缘体中的一个电绝缘体的电流；以及(ii)跨第一和第二电绝缘体中的一个电绝缘体的场。
在其他特征中，传感器是光学传感器，并且对第一和第二电绝缘体中的一个电绝缘体的光子发射进行光学测量。
本公开的应用范围的其他领域将根据具体实施方式、权利要求以及附图而变得显而易见。具体实施方式以及具体示例旨在仅用于示出的目的，并且不是要限制本公开的范围。
附图说明
本公开将根据具体实施方式以及随附的附图而变得更易于充分理解，在附图中：
图1包括包含了双绝缘阻障部的示例性系统的功能性框图；
图2包括包含了双电容式绝缘阻障部的示例性系统的功能性框图；
图3包括包含了多个双绝缘阻障部和多个监控模块的示例性系统的功能性框图；
图4包括包含了金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)感测元件的示例性系统的功能性框图；
图5和图6包括示例性监控模块的功能性框图；
图7包括示例性的隔离的直流(DC)到DC转换器的功能性框图；
图8包括用接收器来实现双隔离阻障部的两个电流隔离器的示例性系统的功能性框图；
图9包括包含了双隔离阻障部和电感式传感器的示例性系统的功能性框图；以及
图10包括包含了两个以上的双隔离阻障部、用于双隔离阻障部的传感器、以及监控模块的示例性系统的功能性框图。
在附图中，附图标记可以重复使用来标识类似的和/或相同的元件。
具体实施方式
发送器经由双绝缘阻障部将数据或功率发送到接收器。双绝缘阻障部包括串联连接的两个电流隔离器。电流隔离器包括也可以被称为隔离阻障部的绝缘阻障部。发送器在第一功率域中进行操作，而接收器在第二功率域中进行操作。
电流隔离器将发送器与接收器电气绝缘。更具体地，电流隔离器阻止第一和第二功率域之间的电流流动。电流隔离器的示例包括但不限于，光学绝缘阻障部、电容式绝缘阻障部、电感式绝缘阻障部、以及巨磁电阻(GMR)绝缘阻障部。
本公开描述了一种监控系统，其在两个电流隔离器失效之前，发送电流隔离器中的一个正在弱化或已经失效的信号。该信号发送使得能够在双绝缘阻障部完全失效之前做出修理或者关闭系统。双绝缘阻障部包括串联连接的一个较弱电流隔离器和一个较强电流隔离器。较弱电流隔离器将比较强电流隔离器更早地失效。这样，在较弱电流隔离器失效之后，较强电流隔离器可以继续发挥作用(并且提供隔离)一段时间。
现在参考图1，呈现了包括双绝缘阻障部的示例性系统的功能性框图。发送器108包括发送器输入116以及一个或多个发送器输出，例如，发送器输出120。发送器108经由发送器输入116接收输入信号。
发送器108包括一个或多个有源和/或无源部件128，例如，放大器、驱动器等。(多个)部件128基于在输入116处接收到的输入信号来生成被输出到接收器156的输出信号。发送器108基于来自第一电源(PS1)130的第一电压来在第一功率域中进行操作。
发送器108包括第一传感器104以及监控模块144。第一传感器140检测第一电流隔离器148的绝缘特性。例如，第一传感器140可以检测绝缘材料上的电压或者通过绝缘材料的电流。绝缘传感器的其他示例包括场强传感器、电流传感器、以及光学传感器。光学传感器测量光子发射。当发生失效时，光子发射增加。当达到绝缘材料的退化极限时，监控模块144分析来自第一传感器140的输出信号，并且经由输出152来输出信号。在一些示例中，可以使用多个传感器。在一些示例中，传感器和监控模块可以额外地或者替代地被包括在接收器156中。
接收器156基于来自第二电源(PS2)160的第二电压来在第二功率域中进行操作。第一电流隔离器148从(多个)部件128接收输出信号并且在第一和第二功率域之间提供电流隔离。第一电流隔离器148连接在(多个)部件128与发送器输出120之间。
导体164将发送器输出120与接收器输入168连接。例如，导体164可以包括一个或多个接合线和/或其他适当类型的电导体。
接收器156包括输入168和第二电流隔离器180。第二电流隔离器180与第一电流隔离器148串联，并且在第一和第二功率域之间提供电流隔离。接收器156还包括一个或多个有源和/或无源部件184，例如，放大器、驱动器等。接收器156还包括接收器输出188。
第二电流隔离器180连接在接收器输入168与(多个)部件184之间。(多个)部件184基于经由输入168接收的信号来生成输出信号。接收器156经由接收器输出188来输出信号。
例如，第一和第二电流隔离器148和180可以包括电容式绝缘阻障部、电感式绝缘阻障部、或巨磁电阻(GMR)绝缘阻障部。在一些实现中，第一和第二电流隔离器148和180可以是不同类型的阻障部。
第一和第二功率域之间的电压差由电压VW(耐受电压)192来表示。电压差可以是交流(AC)电压或直流(DC)电压。电压差可以是瞬时的(例如，在闪电冲击或者功率浪涌的情况下)或者持续的。
挑选第一和第二电流隔离器148和180的绝缘阻障部中的每一个以维持耐受电压VW 192的最大可能值。仅例如，如果系统的最大瞬时电压可以是2.5千伏(kV)，则第一和第二电流隔离器148和180的绝缘阻障部中的每一个能够耐受2.5千伏(kV)或者更大。可以挑选第一和第二电流隔离器148和180的绝缘阻障部以满足美国保险商实验室(UL)标准或在其中实现绝缘阻障部的系统的另一适当标准。
第一和第二电流隔离器148和180可以被设计为使得第一和第二电流隔离器148和180中的一个可以在第一和第二电流隔离器148和180中的另一个之前失效。仅例如，第一电流隔离器148的绝缘阻障部可以在物理上比第二电流隔离器180的绝缘阻障部更厚。附加地或者替代地，第一电流隔离器148的绝缘阻障部可以被配置为比第二电流隔离器180的绝缘阻障部老化得更快。使用有差异的绝缘阻障部使得第一和第二电流隔离器148和180二者不可能发生一者在另一者失效后的短时间内失效。这允许在第一和第二电流隔离器148和180二者都失效之前有时间采取校正动作。
图2包括其中第一和第二电流隔离器148和180是电容式绝缘阻障部的示例性系统的功能性框图。还包括第三和第四电流隔离器204和208。第三和第四电流隔离器204和208也是电容式绝缘阻障部。第一和第三电流隔离器148和204的绝缘体可以具有相同的电气特性，例如，厚度、或材料、或电容。类似地，第二和第四电流隔离器180和208的绝缘体可以具有相同的电气特性，例如，厚度、或材料、或电容。
然而，在各种实现中，第一和第三电流隔离器148和204的绝缘体的电气特性可以与第二和第四电流隔离器180和208的绝缘体的电气特性不同。绝缘体可以具有不同的电气特性，例如，使得第二和第四电流隔离器180和208的绝缘体在操作期间分别维持与第一和第三电流隔离器148和204的绝缘体不同量的压力。尽管示出并讨论了发送器108和接收器156均包括两个电流隔离器的示例，但是发送器108和接收器156均可以包括仅一个绝缘阻障部或多于两个的绝缘阻障部。尽管绝缘体的电气特性被提供作为示例，但是由绝缘体维持的压力的量可以在其他方面不同，例如，通过连接电流隔离器的导体的特性、形状、和/或连接角度。
作为示例，在电容式绝缘阻障部的情况下，第二和第四电流隔离器180和208的绝缘材料可以提供比第一和第三电流隔离器148和204的绝缘材料提供的电容更小的电容。以这种方式，第二和第四电流隔离器180和208与第一和第三电流隔离器148和204相比将在更大程度上承受压力。
仅例如，第二电流隔离器180的电容可以是第一电流隔离器148的电容的一半，并且第四电流隔离器208的电容可以是第三电流隔离器204的电容的一半。在该示例中，第一电流隔离器148可以接收耐受电压VW 192的大约1/3，而第二电流隔离器180可以接收耐受电压VW 192的大约2/3。类似地，第三电流隔离器204可以接收耐受电压VW 192的大约1/3，而第四电流隔离器208可以达到耐受电压VW 192的大约2/3。第二和第四电流隔离器180和208的绝缘材料因此将比第一和第三电流隔离器148和204的绝缘材料老化得更快，并且因此，将趋向于比第一和第三电流隔离器148和204的绝缘材料失效得更早。
当电流隔离器的绝缘材料损坏并且跨绝缘体传导电流时，可以说电流隔离器已经失效。失效的电流隔离器不能提供想要的电气隔离。绝缘材料的失效可以是永久性的或暂时性的。永久性失效可以指示绝缘材料的绝缘特性的永久性丢失，使得跨绝缘材料出现导电通路。绝缘材料的暂时性或者部分失效可以指示电流曾经流过该绝缘材料但不再流过该绝缘材料，并且不存在跨绝缘材料的永久性导电通路。火花隙是暂时性绝缘材料失效的示例。绝缘性初始存在，当出现电弧时失效，并且当电弧消失时恢复。
由于双绝缘阻障部包括串联连接的两个电流隔离器，并且绝缘体中的每一个可以维持耐受电压VW 192的最大可能值，所以电气隔离的操作甚至可以在双绝缘阻障部的一个电流隔离器失效之后继续进行。例如，甚至当第二电流隔离器180的绝缘材料失效之后，隔离的操作可以继续进行，因为第一电流隔离器148的绝缘体继续在第一和第二功率域之间提供隔离。在图2的示例中，第二传感器212被提供有第三电流隔离器204。
在图3中，系统被示出为包括多个监控模块。发送器108和接收器156中的一个或者二者可以包括监控模块。例如，在图3中，发送器108包括监控模块144，并且接收器156包括监控模块304。虽然发送器108和接收器156二者被示出为包括监控模块，但是在各种实现中，发送器108和接收器156中的仅一个包括监控模块。图1示出了接收器156不包括监控模块的示例性系统。替代地，仅接收器156可以包括监控模块。
一个或多个传感器被包括在每一个监控模块中。例如，第一和第二传感器140和212被包括在图3的示例中的监控模块144中。第三和第四传感器308和312可以被包括在监控模块304中。在另一示例中，例如以下进一步讨论的，仅一个传感器可以被包括在监控模块中。
监控模块144监控来自第一和第二传感器140和212的输出信号。监控模块144基于来自第一和第二传感器140和212的信号来诊断出一个或多个电流隔离器的失效或者即将发生的失效。
监控模块304监控来自第三和第四传感器308和312的输出信号。第三传感器308监控第二电流隔离器180，并且第四传感器312监控第四电流隔离器208。监控模块304基于来自第三和第四传感器308和312的信号来诊断出一个或多个绝缘阻障部的失效。
传感器140、212、308、以及312可以包括例如电压感测元件、(例如，厚栅极)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)感测元件、电流感测元件、光子感测元件、或另一适当类型的感测设备。FET的示例包括n型FET、p型FET、或n型和p型FET的组合。图4包括其中第一、第二、第三以及第四传感器140、212、308以及312包括MOSFET感测元件的示例性系统的功能性框图。MOSFET感测元件的栅极端子可以是浮置的或者偏置的。
传感器可以利用相关联的电流隔离器的导体中的一个来生成各自的输出信号。例如，在图2和图4的示例中，第一传感器140基于被连接到第一电流隔离器148的输出120的电容器极板上的电荷来生成输出信号。类似地，第二传感器212基于被连接到第三电流隔离器204的输出的电容器极板上的电荷来生成输出信号。第三和第四传感器308和312分别基于第二和第四电流隔离器108和208的电容器极板上的电荷来生成输出信号。
监控模块144可以通过单独地分析传感器输出信号来确定绝缘材料的状态，或者监控模块144可以通过比较传感器输出信号来确定绝缘材料的状态。仅例如，监控模块144可以分析来自第一和第二传感器140和212的输出信号之间的差。监控模块144还将预定的增益应用到该差。在各种实现中，监控模块144可以使用个体信号分析和相比较的分析的组合来确定绝缘材料的状态。
图5包括监控模块144的示例性实现的功能性框图。监控模块144分析单个传感器输出信号404，例如，第一传感器140的输出信号。输出信号404可以通过部件(例如，放大器)408来进行放大，并且可以在分别由第一和第二比较器424和428与第一和第二参考电压416和420进行比较之前，通过部件(例如，一个或多个滤波器)412来进行滤波。
逻辑门432(例如，与非(NAND)逻辑门)基于第一和第二比较器424和428的输出来确定绝缘材料的状态。逻辑门432经由436输出绝缘材料的状态。逻辑门432可以将其输出设置为低状态，并且当还未检测到绝缘材料失效时，指示绝缘材料还未失效(即，完整的)。逻辑门432可以将其输出设置为高状态以指示绝缘材料失效。
以下的传感器输出信号仅是示例，并且在一些实现中，可以使其反向。并且，尽管提供了使用NAND逻辑门的示例，可以使用另一类型的逻辑门。在图1的示例中，当被输入到第一和第二比较器424和428的信号处于第一和第二参考电压416和420之间时，监控模块144可以指示第一电流隔离器148或者第二电流隔离器180都没有失效。当被输入到第一和第二比较器424和428的信号处于第一和第二参考电压416和420之间时，第一和第二比较器424和428的输出将是高状态，由此指示没有绝缘材料失效。
当仅第一电流隔离器148失效时，被输入到第一和第二比较器424和428的信号将低于第一和第二参考电压416和420二者。第一和第二比较器424和428的输出因此将分别是高和低。逻辑门432因此将其输出436设置为高状态，以指示绝缘材料失效。
当仅第二电流隔离器180失效时，被输入到第一和第二比较器424和428的信号将高于第一和第二参考电压416和420二者。第一和第二比较器424和428的输出因此将分别是低和高，并且逻辑门432将其输出436设置为高状态，以指示绝缘材料失效。在一些实现中，第一和第二参考电压416和420可以是固定的、预定电压。第一和第二参考电压416和420例如可以是耐受电压VW 192的分数(小于1/1)。仅作为一个示例，第一和第二参考电压416和420可以被设置为耐受电压VW 192的大约1/100，尽管可以使用另一分数。而且，第一和第二参考电压416和420可以是耐受电压VW192的不同分数。在另一实现中，第一和第二参考电压416和420可以是基于第一传感器140的历史输出的学得的值。
图6包括将来自连接到输入504和508的两个传感器的信号进行比较的监控模块的示例性实现的功能性框图。例如，示例包括图2、图3、或图4的监控模块144、或者图3或图4的监控模块304。
差分放大器512确定来自两个传感器的(电压)信号之间的差，并且将该差放大。在分别由第一和第二比较器528和532将该差与第一和第二参考电压520和524进行比较之前，可以由部件(例如，一个或多个滤波器)516对该差进行滤波。
逻辑门536(例如，与非(NAND)逻辑门)基于第一和第二比较器528和532的输出来确定绝缘材料的状态。逻辑门536经由540来输出绝缘材料的状态。逻辑门536可以将其输出设置为低状态，并且当还未检测到绝缘材料失效时，指示绝缘材料未失效(即，完整的)。逻辑门536可以将其输出设置为高状态，以指示绝缘材料失效。尽管提供了使用NAND逻辑门的示例，可以使用另一类型的逻辑门。
使用图3的监控模块144的示例，第一传感器140的输出可以连接到输入504，并且第二传感器212的输出可以连接到输入508。如果第一和第三电流隔离器148和204具有相同或类似的电气特性，第二和第四电流隔离器具有相同或相似的电气特性，并且第一和第二传感器140和212是类似的，则第一传感器140的输出电压可以与第二传感器212的输出电压类似。当电流隔离器148、180、204以及208中的任一个都没有失效时，第一和第二传感器140和212的输出电压之间的差可以大约是零。而且，被输入到第一和第二比较器528和532的差信号可以大约是中等范围的，并且处于第一和第二参考电压520和524之间。第一和第二比较器528和532的输出因此将都处于高状态，这引起输出540为低，这指示没有绝缘材料失效。
当电流隔离器148和208中仅有一个失效时，第一传感器140的输出将比第二传感器212的输出低。被输入到第一和第二比较器528和532的差因此可以比第一和第二参考电压520和524二者低。第一和第二比较器528和532的输出将分别是高和低。这将引起逻辑门536将输出540设置为高状态，以指示绝缘材料失效。如果第二和第三电流隔离器180和204中仅一个失效时，第一传感器140的输出将比第二传感器212的输出更大。被输入到第一和第二比较器528和532的差因此可以比第一和第二参考电压520和524二者更大。第一和第二比较器528和532的输出将分别是低和高。这将引起逻辑门536将输出540设置为高，以指示绝缘材料失效。在一些实现中，第一和第二参考电压520和524可以是固定的、预定电压。例如，第一和第二参考电压520和524可以是耐受电压VW 192的分数(小于1/1)。在其他实现中，第一和第二参考电压520和524可以是基于第一和第二传感器140和212的历史输出的学得的值。
例如，监控模块(例如，监控模块144和/或监控模块304)可以通过点亮指示器灯、在显示器上生成消息、在存储器中设置预定的标志、禁用数据传送、和/或采用另一适当方式来指示一个或多个绝缘阻障部失效。指示绝缘阻障部已经失效的指示可以通知用户：包括(多个)失效的绝缘阻障部的一个或多个部件(例如，芯片)应当被替换。
图7是示例性的隔离的直流(DC)到DC转换器的功能性框图。隔离的DC到DC转换器包括变压器驱动器、双隔离变压器、绝缘传感器、以及监控模块。由于变压器绕组之间的固有电容以及对变压器绕组之间的绝缘的需要，用于变压器隔离阻障部的监控模块和方法可以与用于电容器隔离阻障部的监控模块和方法是类似的或者相同的。
图8是包括具有传感器和监控模块的合并的双电容式隔离阻障部的示例性系统的功能性框图。在图8中，所有的电容式隔离器是利用接收器156实现的。零电流隔离器是利用发送器108实现的。第一和第二(电容式)电流隔离器148和180共享公共电容器极板。第三和第四(电容式)电流隔离器204和208共享公共电容器极板。然而，绝缘阻障部保持不同。
图9是包括双电容式绝缘阻障部、基于电感的传感器、以及监控模块的示例性系统的功能性框图。在该示例中，第三和第四传感器308和312均包括邻近相关联的电流隔离阻障部的线圈。当隔离阻障部损坏时，随着电容器放电，电流脉冲可以在电容器极板之间流动。该电流脉冲在相关联的传感器的线圈中感生出电压。当感测到该电压时，监控模块304可以识别出并且指示失效。
一些系统可以包括多个双隔离阻障部。图10包括如下的示例性系统的功能性框图，所述系统包括多个双隔离阻障部、多个传感器、以及分析来自多个传感器的信号的监控模块。如上所讨论的，在一些实现中，不同类型的阻障部可以被串联连接。
上述描述在本质上仅仅是说明性的，并且不是要限制本公开、其应用或者使用。本公开的宽泛教导可以以多种形式来实现。因此，尽管本公开包括特定的示例，本公开的真实范围不应被如此限制，因为在对附图、说明书以及所附权利要求进行学习后，其他修改将变得显而易见。如本文所使用的，短语A、B和C中的至少一个可以被解释为使用非排他的逻辑或来表示逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个、以及C中的至少一个”。应当理解的是，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)执行，而不改变本公开的原理。
在包括以下定义的本申请中，术语“模块”或术语“控制器”可以被替换为术语“电路”。术语“模块”可以指以下项的一部分，或者包括以下项：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟、或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟、或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享、专用、或分组)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享、专用、或分组)；提供所描述的功能的其他合适的硬件部件；或者以上各项中的一些或者全部的组合，例如片上系统。
模块可以包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可以包括连接到局域网(LAN)、互联网、广域网(WAN)或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能可以分布在经由接口电路连接的多个模块之中。例如，多个模块可以允许负载均衡。在另一示例中，服务器(也被称为远程或云)模块可以代表客户端模块完成一些功能。
如上所使用的，术语代码可以包括软件、固件、和/或微代码，并且可以指程序、例程、功能、类、数据结构、和/或对象。术语共享处理器电路包括执行来自多个模块的一些或者全部代码的单个处理器电路。术语分组处理器电路包括结合额外的处理器电路来执行来自一个或多个模块的一些或全部代码的处理器电路。对多个处理器电路的引用包括分立的管芯上的多个处理器电路、单个管芯上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个核、单个处理器电路的多个线程、或以上各项的组合。术语共享存储器电路包括存储来自多个模块的一些或全部代码的单个存储器电路。术语分组存储器电路包括结合额外的存储器来存储来自一个或多个模块的一些或全部代码的存储器电路。
术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。如本文所使用的，术语计算机可读介质不包括通过介质(例如，在载波上)传播的暂态电气或者电磁信号；术语计算机可读介质因此可以被认为是有形且非暂态的。非暂态、有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器电路(例如，闪速存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路、或掩模只读存储器电路)、易失性存储器电路(例如，静态随机存取存储器电路或动态随机存储存储器电路)、磁存储介质(例如，模拟或数字磁带或硬盘驱动器)、以及光存储介质(例如，CD、DVD或者蓝光盘)。
在本申请中描述的装置和方法可以部分地或者全部地由特殊用途计算机实现，所述特殊用途计算机是通过将通用计算机配置为执行被体现在计算机程序中的一个或多个特定功能而创建的。功能框、流程图组成部分、以及上文所描述的其他要素用作软件规范，能够通过本领域的技术人员或程序员的例程任务将该软件规范转换成计算机程序。
计算机程序包括被存储在至少一个非暂态、有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括或者依赖于存储的数据。计算机程序可以包括与特殊用途计算机的硬件进行交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与特殊用途计算机的特定设备进行交互的设备驱动器、一个或多个操作系统、用户应用、后台服务、后台应用等。
计算机程序可以包括：(i)要被分析的描述文本，例如，HTML(超文本标记语言)或XML(可扩展标记语言)，(ii)汇编代码，(iii)由编译器根据源代码生成的对象代码，(iv)用于由解释器执行的源代码，(v)由即时编译器编译和执行的源代码等。仅作为示例，可以使用包括如下项的语言的语法来对源代码进行编写：C、C++、C#、Objective C、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、
Figure BDA0001135411000000141
Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、
Figure BDA0001135411000000142
HTML 5、Ada、ASP(动态服务器页面)、PHP、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、
Figure BDA0001135411000000143
Visual
Figure BDA0001135411000000144
Lua、以及
Figure BDA0001135411000000145
在权利要求中所提到的要素中的任一个都不是在35U.S.C§112(f)的含义内的单元加功能要素，除非使用短语“用于…的单元”来明确提及的要素，或者在使用短语“用于…的操作”或者“用于…的步骤”的方法权利要求的情况下。

Claims (20)

1.一种监控系统，包括：
第一电流隔离器，其包括第一电绝缘体；
第二电流隔离器，其与所述第一电流隔离器串联连接并且包括第二电绝缘体；
传感器，其基于所述第一电绝缘体和所述第二电绝缘体中的一个电绝缘体的电气特性来生成第一输出信号；以及
监控模块，其基于所述第一输出信号来选择性地生成指示所述第一电绝缘体和所述第二电绝缘体中的至少一个电绝缘体失效的信号。
2.如权利要求1所述的系统，还包括至少一个额外的电流隔离器，所述至少一个额外的电流隔离器与所述第一电流隔离器和所述第二电流隔离器串联连接。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述监控模块执行以下操作中的至少一个：禁用至少一个电路；以及将指示符存储在存储器中。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述传感器包括场效应晶体管FET。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述传感器包括电容器。
6.如权利要求1所述的系统，其中：
所述第一电流隔离器是第一电容式隔离阻障部；
所述第一电绝缘体实现在第一电容器极板和第二电容器极板之间；
所述第二电流隔离器是第二电容式隔离阻障部；并且
所述第二电绝缘体实现在所述第二电容器极板和第三电容器极板之间。
7.如权利要求1所述的系统，其中：
所述第一电流隔离器是第一电感式隔离阻障部；
所述第一电绝缘体实现在第一组变压器绕组之间；
所述第二电流隔离器是第二电感式隔离阻障部；并且
所述第二电绝缘体实现在第二组变压器绕组之间。
8.如权利要求1所述的系统，还包括：
第三电流隔离器，其包括第三电绝缘体；
第四电流隔离器，其与所述第三电隔离器串联连接，并且包括第四电绝缘体；以及
第二传感器，其基于所述第三电绝缘体和所述第四电绝缘体中的一个电绝缘体的第二电气特性来生成第二输出信号，
其中，所述监控模块基于所述第二输出信号来选择性地生成指示所述第三电绝缘体和所述第四电绝缘体中的至少一个电绝缘体失效的信号。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述监控模块基于所述第一输出信号和所述第二输出信号来选择性地生成指示所述第一电绝缘体、所述第二电绝缘体、所述第三电绝缘体、以及所述第四电绝缘体中的至少一个电绝缘体失效的信号。
10.如权利要求8所述的系统，其中，所述监控模块基于所述第一输出信号和所述第二输出信号之间的差来选择性地生成指示所述第一电绝缘体、所述第二电绝缘体、所述第三电绝缘体、以及所述第四电绝缘体中的至少一个电绝缘体失效的信号。
11.如权利要求10所述的系统，其中，当所述差处于固定的预定值范围之外时，所述监控模块生成指示所述第一电绝缘体、所述第二电绝缘体、所述第三电绝缘体、以及所述第四电绝缘体中的至少一个电绝缘体失效的所述信号。
12.如权利要求10所述的系统，其中，当所述差处于基于一个或多个测量的参数而设定的值的范围之外时，所述监控模块生成指示所述第一电绝缘体、所述第二电绝缘体、所述第三电绝缘体、以及所述第四电绝缘体中的至少一个电绝缘体失效的所述信号。
13.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一电绝缘体以及所述第二电绝缘体中的一个被配置为在所述第一电绝缘体以及所述第二电绝缘体中的另一个之前失效。
14.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一电流隔离器和所述第二电流隔离器的特性是相同的。
15.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一电流隔离器的至少一个特性与所述第二电流隔离器的至少一个特性是不同的。
16.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一电绝缘体的第一电容与所述第二电绝缘体的第二电容是不同的。
17.如权利要求1所述的系统，其中，当所述第一输出信号是以下项中的一个时，所述监控模块生成指示所述第一电绝缘体和所述第二电绝缘体中的至少一个电绝缘体失效的所述信号：(i)小于第一参考；以及(ii)大于第二参考，其中，所述第二参考比所述第一参考大。
18.如权利要求1所述的系统，还包括：
第二双隔离阻障部，其包括：
第三电流隔离器，其包括第三电绝缘体；以及
第四电流隔离器，其与所述第三电流隔离器串联连接并且包括第四电绝缘体；
第二传感器，其基于所述第三电绝缘体和所述第四电绝缘体中的一个电绝缘体的第二电气特性来生成第二输出信号；
第三双隔离阻障部，其包括：
第五电流隔离器，其包括第五电绝缘体；以及
第六电流隔离器，其与所述第五电流隔离器串联连接并且包括第六电绝缘体；以及
第三传感器，其基于所述第五电绝缘体和所述第六电绝缘体中的一个电绝缘体的第三电气特性来生成第三输出信号，
其中，基于所述第一输出信号、所述第二输出信号、以及所述第三输出信号，所述监控模块选择性地生成指示所述第一电绝缘体、所述第二电绝缘体、所述第三电绝缘体、所述第四电绝缘体、所述第五电绝缘体、以及所述第六电绝缘体中的至少一个电绝缘体失效的信号。
19.如权利要求1所述的系统，其中，所述传感器测量以下项中的一个：(i)通过所述第一电绝缘体和所述第二电绝缘体中的所述一个电绝缘体的电流；以及(ii)跨所述第一电绝缘体和所述第二电绝缘体中的所述一个电绝缘体的场。
20.如权利要求1所述的系统，其中，所述传感器是光学传感器，并且对所述第一电绝缘体和所述第二电绝缘体中的所述一个电绝缘体的光子发射进行光学测量。
CN201610920433.8A 2015-10-23 2016-10-21 双电流隔离阻障部以及监控系统及方法 Active CN107037328B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562245591P 2015-10-23 2015-10-23
US62/245,591 2015-10-23
US14/935,736 US9829531B2 (en) 2015-10-23 2015-11-09 Dual galvanic isolation barriers and monitoring systems and methods
US14/935,736 2015-11-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107037328A CN107037328A (zh) 2017-08-11
CN107037328B true CN107037328B (zh) 2020-11-13

Family

ID=58558370

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610920433.8A Active CN107037328B (zh) 2015-10-23 2016-10-21 双电流隔离阻障部以及监控系统及方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9829531B2 (zh)
CN (1) CN107037328B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10753968B2 (en) * 2018-02-27 2020-08-25 Allegro Microsystems, Llc Integrated circuit having insulation breakdown detection
US11112465B2 (en) 2019-02-05 2021-09-07 Allegro Microsystems, Llc Integrated circuit having insulation monitoring with frequency discrimination
US11057074B2 (en) * 2019-07-18 2021-07-06 Cosemi Technologies, Inc. Data and power communication cable with galvanic isolation protection
DE102020100659B4 (de) * 2020-01-14 2022-02-24 Daniel Soppa Kommunikationsvorrichtung, Kommunikationssystem sowie Verfahren zum Übertragen von Informationen
WO2024069426A1 (en) * 2022-09-28 2024-04-04 Delphi Technologies Ip Limited Systems and methods for galvanic interface bond detection for inverter for electric vehicle

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101082655A (zh) * 2007-07-16 2007-12-05 南京师范大学 开关电源emi噪声源内阻抗测试系统及测定方法
CN101563856A (zh) * 2006-12-18 2009-10-21 施耐德电器工业公司 具有电隔离的测量信号耦合设备和包括这样的设备的电气设备单元
CN201910618U (zh) * 2011-01-28 2011-07-27 哈尔滨创明科技有限责任公司 地线隔离器
CN102142866A (zh) * 2010-01-29 2011-08-03 英飞凌科技奥地利有限公司 越过隔离阻障接收数据的系统和方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6873065B2 (en) 1997-10-23 2005-03-29 Analog Devices, Inc. Non-optical signal isolator
US20030095366A1 (en) * 2001-09-21 2003-05-22 John Pellegrino Fault-tolerant power-supply current-sharing apparatus and methods
EP1618712A2 (en) 2003-04-30 2006-01-25 Analog Devices, Inc. Signal isolators using micro-transformers
US8169108B2 (en) 2004-06-03 2012-05-01 Silicon Laboratories Inc. Capacitive isolator
US8643138B2 (en) 2011-06-30 2014-02-04 Silicon Laboratories Inc. High breakdown voltage integrated circuit isolation structure
US8625242B2 (en) 2011-08-03 2014-01-07 Maxim Integrated Products, Inc. Failsafe galvanic isolation barrier
CN102680829B (zh) * 2012-05-18 2014-09-17 阿特拉斯科普柯(南京)建筑矿山设备有限公司 电气设备安全失效监控装置及方法
CN102721905A (zh) * 2012-05-28 2012-10-10 上海华力微电子有限公司 提高绝缘体击穿电压失效分析效率的测试结构及使用方法
US8873644B1 (en) 2013-07-30 2014-10-28 Texas Instruments Deutschland Gmbh Isolated modulator circuit with synchronized pulse generator for self-monitoring reset with capacitively-coupled isolation barrier
US9647562B2 (en) * 2014-02-26 2017-05-09 Infineon Technologies Austria Ag Power conversion with switch turn-off delay time compensation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101563856A (zh) * 2006-12-18 2009-10-21 施耐德电器工业公司 具有电隔离的测量信号耦合设备和包括这样的设备的电气设备单元
CN101082655A (zh) * 2007-07-16 2007-12-05 南京师范大学 开关电源emi噪声源内阻抗测试系统及测定方法
CN102142866A (zh) * 2010-01-29 2011-08-03 英飞凌科技奥地利有限公司 越过隔离阻障接收数据的系统和方法
CN201910618U (zh) * 2011-01-28 2011-07-27 哈尔滨创明科技有限责任公司 地线隔离器

Also Published As

Publication number Publication date
US20170115336A1 (en) 2017-04-27
US9829531B2 (en) 2017-11-28
CN107037328A (zh) 2017-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107037328B (zh) 双电流隔离阻障部以及监控系统及方法
US8971002B1 (en) System and method of providing isolated power to gate driving circuits in solid state fault current limiters
US9030856B2 (en) High voltage inverter device and electrical leakage detector thereof
EP2955529B1 (en) Power converter, short-circuit detecting device thereof and short-circuit detecting method thereof
US9857428B2 (en) Monitoring device and monitoring method for a switching element
EP3483616B1 (en) Detection circuit and detection method
CN105021967A (zh) 跨半导体开关元件的电压降的精确测量
US20200292623A1 (en) Apparatus for measuring insulation resistance
CN107408886B (zh) 多相转换器
US9653912B2 (en) Inrush current limiter
CN106797114A (zh) 用于检测开关晶体管短路故障的电路和方法
US20150059887A1 (en) Water leakage detection device
WO2016098277A1 (ja) 車両用地絡検出装置
JP2016011952A (ja) パワー半導体用試験装置
JP5828396B2 (ja) 直流電源とその地絡検出方法
US11860196B2 (en) Detection system for detecting capacitance degradation in inverters
US9318893B2 (en) Isolated battery management systems and methods thereof
RU2551438C2 (ru) Комбинированное устройство защиты от перенапряжений с регистрацией количества срабатываний и контролем параметров сети
KR20180122601A (ko) 누전 검출 장치
US20160072273A1 (en) Power supply circuit
US9000830B2 (en) Method and apparatus for protecting transistors
CN105659497A (zh) 功率半导体的过压保护电路和保护功率半导体不受过压损害的方法
KR100933335B1 (ko) 전기 철조망의 누전 탐지 방법
EP3010134B1 (en) Single-phase photovoltaic inverter
Yanushkevich et al. Multi-feeder protection system with hybrid circuit breakers for MVDC grids

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant